KR20200063936A - 구리(Cu)를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

구리(Cu)를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

자성 나노 구조체 제조방법이 제공된다. 상기 자성 나노 구조체 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 전구체, 전이금속 원소를 포함하는 제2 전구체, 및 Cu를 포함하는 제3 전구체를 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함하는 예비 자성 나노 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 예비 자성 와이어를 환원시켜, 상기 희토류 원소, 상기 전이금속 원소, 및 상기 Cu의 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

구리(Cu)를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법 {Magnetic nano structure comprising Cu and fabricating method of the same}
본 발명은 구리를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 희토류 원소를 포함하는 소스 용액으로부터, 구리를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법에 관련된 것이다.
경자성체 영구자석은 모터, 스피커, 계측기 등의 전기기기와 하이브리드 자동차(HEV), 전기자동차(EV) 내 소형모터에 필수불가결하게 사용되어왔다. 이러한 자석 소재로는 보자력이 큰 R2Fe14B계, R2Fe17Nx계와 R2TM17계(R: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)가 폭 넓게 쓰이는데, 앞에 열거된 두 계와 달리, R2TM17계는 쉽게 열분해 되지 않고 큐리온도(Curie temperature)가 높아 상 형성 및 화학적 안정성 면에서 이점을 갖는다.
최근 전자 제품의 경량화, 초소형화 및 고성능화에 발맞춰, 보다 향상된 최대자기에너지적((BH)max)을 갖는 영구자석 소재가 요구된다. 하지만 소재마다 자성 특성의 임계점이 있기에, 이를 뛰어넘고자 하는 연구들이 진행되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0108468(출원번호: 10-2016-0032417, 출원인: 연세대학교 산학협력단)에는, 기판, 및 상기 기판 상에 형성되고, Bi 박막층 및 Mn 박막층으로 이루어진 적층 단위를 적어도 2회 이 상 반복 적층 및 열처리한 박막 적층체를 포함하는 보자력이 향상된 비희토류 영구자석 및 이의 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0108468
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 자성 특성이 향상된 구리(Cu)를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 간단한 공정으로 자성 특성을 향상시킬 수 있는, 구리(Cu)를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 경제적 비용이 절감된, 구리(Cu)를 포함하는 자성 나노 구조체 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 자성 나노 구조체 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 전구체, 전이금속 원소를 포함하는 제2 전구체, 및 Cu를 포함하는 제3 전구체를 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함하는 예비 자성 나노 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 예비 자성 와이어를 환원시켜, 상기 희토류 원소, 상기 전이금속 원소, 및 상기 Cu의 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내 상기 Cu의 몰 비율은 5.8 at% 초과 10.0 at% 미만인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체 형성 단계는, 상기 예비 자성 나노 구조체를 환원제와 혼합하는 단계, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 자성 나노 구조체를 열처리하는 단계, 및 열처리된 상기 예비 자성 나노 구조체를, 세척 용액으로 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 환원제는, 칼슘(Ca)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체 제조방법은 상기 Cu의 함량을 제어하여, 보자력(coercive force)을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 자성 나노 구조체를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체는, 희토류 원소, 전이금속 원소, 및 Cu의 합금 조성물을 포함하되, 상기 합금 조성물 내에서, 상기 Cu의 함량은 5.8 wt% 초과 10.0 wt% 미만인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합금 조성물은, ReM5(Re: 희토류 원소, M: 전이금속 원소 또는 Cu 중에서 적어도 어느 하나)로 표시되는 단위 격자(unit cell)로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 ReM5의 결정 구조는, 육방정계(hexagonal)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 Cu는, 상기 단위 격자 내 2c, 2g 사이트(site) 중 적어도 어느 하나의 사이트에 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 원소는, Co 또는 Ni 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체는, 단결정(single crystal), 및 이방성(anisotropic) 특성을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합금 조성물 내에서, 상기 희토류 원소의 함량은 16.7 wt%이고, 상기 전이금속 원소의 함량은 73.3 wt% 초과 77.5 wt% 미만인 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체는, 아래의 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
ReTMxCu5 -x
(Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
다른 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체는, 아래의 <화학식 2>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물에서 상기 TM의 7% 초과 및 12% 미만이 상기 Cu로 치환되어, 상기 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자를 갖는 합금 조성물을 포함할 수 있다.
<화학식 2>
ReTM5
(Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
다른 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체는 40000 Oe 이상의 보자력을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 전구체, 전이금속 원소를 포함하는 제2 전구체, 및 Cu를 포함하는 제3 전구체를 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함하는 예비 자성 나노 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 예비 자성 나노 구조체를 환원시켜, 상기 희토류 원소, 상기 전이금속 원소, 및 상기 Cu의 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법은, 상향식(Bottom-up approach) 특징을 가질 수 있다.
이러한, 상향식 특징을 갖는 제조방법을 통해 자성 나노 구조체를 제조하는 경우, 상기 소스 용액 준비 단계에서 상기 제3 전구체의 함량을 제어하는 간단한 방법으로, 최종 생성 물질인 자성 나노 구조체 내의 Cu 함량을 제어할 수 있다. 상기 자성 나노 구조체 내의 Cu 함량이 5.8 wt% 초과 10.0 wt% 미만으로 제어되거나, 상기 자성 나노 구조체가 상기 <화학식 2>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물에서 상기 TM의 7% 초과 및 12% 미만이 상기 Cu로 치환되어, 상기 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자를 갖는 경우, 상기 자성 나노 구조체의 보자력이 향상될 수 있다. 결과적으로, 자성 특성이 향상된 자성 나노 구조체가 제공될 수 있다. 또한, 가격이 비싼 코발트를 대체하여 구리가 사용됨에 따라, 경제적 비용이 절감된 자성 나노 구조체가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법 중 자성 나노 구조체의 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
3은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 구조를 설명하기 위해 SmCo5로 표시되는 단위 격자를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체를 촬영한 사진들이다.
도 10은 Sm-Co 합금 조성물 및 Sm-Co-Cu 합금 조성물의 X-ray diffraction 분석을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예 들 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체의 X-ray diffraction 분석을 나타내는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체의 구조를 분석하기 위한 X-ray diffraction 분석 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예에 따른 자성 나노 구조체의 자화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 자성 나노 구조체의 보자력을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법 중 자성 나노 구조체의 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조공정을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 구조를 설명하기 위해 SmCo5로 표시되는 단위 격자를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 전구체, 제2 전구체, 및 제3 전구체를 포함하는 소스 용액이 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체는 희토류(rare-earth) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희토류 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전구체는 전이금속(transition-metal) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 원소는, Co 또는 Ni 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 전구체는 Cu를 포함할 수 있다.
상기 소스 용액은, 점성 소스를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 점성 소스는, 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PAN(Polyacrylonitrile), PVAC(Poly(vinyl acetate)), PVB(Polyvinylbutyral), PVA(Poly(vinyl alcohol)) 또는 PEO(Polyethylene oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 점성 소스는, 상기 소스 용액에 점성을 부여하여, 후술되는 자성 나노 구조체의 직경을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내 상기 제3 전구체의 몰 분율(at %)이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액 내 상기 Cu의 몰 비율은 5.8 at% 초과 10.0 at% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 자성 나노 구조체는, 아래의 <화학식 2>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물에서 상기 TM의 7% 초과 및 12% 미만이 상기 Cu로 치환되어, 상기 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자를 가질 수 있다. 이에 따라, 자성 나노 구조체의 최대 자기에너지지적값((BH)max)이 향상될 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술된다.
<화학식 1>
ReTMxCu5 -x
(Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
<화학식 2>
ReTM5
(Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
상기 소스 용액이 전기 방사되어, 예비 자성 나노 구조체가 형성될 수 있다(S200). 상기 소스 용액이 전기 방사되어 형성된 상기 예비 자성 나노 구조체는, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계, 및 제2 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 소스 용액을 전기 방사하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 상기 소스 용액의 고형 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 수용성 금속염, 고분자 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유를 하소하는 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하여, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 내의 고분자를 포함한 유기물을 분해시키는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 주사기(syringe, 10) 안에 상기 소스 용액을 주입하고, 주사기 펌프(20)를 이용하여 상기 소스 용액을 방사할 수 있다. 이 경우, 상기 주사기의 팁(30)은 직경이 0.05~2mm 이고, 상기 주사기 팁(30)과 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 포집되는 포집기(collector, 40)는 10~20cm 이격되고, 상기 주사기 펌프(20)는 0.3~0.8 mL/h의 속도로 상기 소스 용액을 방사할 수 있다. 또한, 전기 방사를 위해 인가되는 전압은 16~23 kV일 수 있다. 상술된 공정을 통해 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다.
상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 알루미나(alumina) 도가니에 모아 500~900℃의 상압, 대기 분위기에서 열처리될 수 있다. 이 과정에서 고분자를 포함한 유기물이 모두 열분해 될 수 있다. 이 때 승온 속도 조건은 분당1~10℃ 일 수 있다. 상술된 공정을 통해 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다.
상기 예비 자성 나노 구조체가 환원되어, 자성 나노 구조체(magnetic structure)가 형성될 수 있다(S300). 상기 자성 나노 구조체는, 희토류 원소, 전이금속 원소, 및 Cu의 합금 조성물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 나노 구조체는, 아래의 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 자성 나노 구조체는, 15~18 wt%의 상기 희토류 원소, 70~79 wt%의 상기 전이금속 원소, 및 5.5~10.5 wt%의 상기 Cu를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자성 나노 구조체는, 상술된 바와 같이 전기방사 방법으로 형성됨에 따라, 와이어(wire) 형태 또는 섬유(fiber) 형태를 가질 수 있다.
<화학식 1>
ReTMxCu5 -x (Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체는, 결정 구조(crystal structure)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 나노 구조체는, 단결정(single structure)를 가질 수 있다. 상기 자성 나노 구조체가 결정 구조를 갖는 경우, 상기 자성 나노 구조체는 ReM5(Re: 희토류 원소, M: 전이금속 원소 또는 Cu 중에서 적어도 어느 하나)로 표시되는 단위 격자(unit cell)로 구성될 수 있다. 상기 ReM5 의 결정 구조는, 육방정계(hexagonal)일 수 있다.
상기 ReM5로 표시되는 단위 격자 내 원자들의 배치는, SmCo5로 표시되는 단위 격자 내 원자들의 배치와 같을 수 있다. 즉, 상기 ReM5로 표시되는 단위 격자 내에서 Re(희토류 원소)의 배치는, SmCo5로 표시되는 단위 격자 내에서 Sm의 배치와 같을 수 있다. 또한, 상기 ReM5 로 표시되는 단위 격자 내에서 M(전이금속 원소 또는 Cu 중 적어도 어느 하나)의 배치는, SmCo5로 표시되는 단위 격자 내에서 Co의 배치와 같을 수 있다.
보다 구체적인 설명을 위해, 도 4를 참조하면, SmCo5로 표시되는 단위 격자를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, SmCo5로 표시되는 단위 격자 내에서 Co는 2c, 2g 사이트(site) 중 적어도 어느 하나의 사이트에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 ReM5로 표시되는 단위 격자 내에서 M 역시 2c, 2g 사이트(site) 중 적어도 어느 하나의 사이트에 배치될 수 있다. 즉, 상기 ReM5로 표시되는 단위 격자의 2c, 2g 사이트(site)에는, 상기 전이금속 원소, 또는 Cu가 배치될 수 있다.
상기 실시 예에 따른 자성 나노 구조체는, Cu의 함량이 증가함에 따라 포화자화(saturation magnetization)값, 및 잔류자화(remanent magnetization)값은 저하되고, 각형비(squareness) 및 보자력(coercive force)은 향상될 수 있다. 다만, 감소되는 포화자화값 및 잔류자화값의 비율보다, 향상되는 각형비 및 보자력의 비율이 더 클 수 있다. 이에 따라, Cu의 함량이 증가하는 경우, 포화자화값 및 보자력의 곱으로 표현되는 최대자기에너지적값((BH)max)이 향상될 수 있다.
하지만, Cu의 함량이 소정의 기준을 넘어가게 되는 경우, 보자력이 현저히 감소하는 문제점이 발생될 수 있다. 보다 구체적으로, Cu의 함량이 소정 기준을 넘어가게 되는 경우, 상기 전이금속의 원자반경(예를 들어 Co의 경우 1.67
Figure pat00001
)보다 Cu의 원자반경(1.57
Figure pat00002
)이 더 작음에 따라, 에너지 준위상 안정한 SmCu5상이 용이하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 자성 나노 구조체는 상술된 ReM5 단일상의 형태가 아닌, ReM5 및 ReCu5의 복합상 형태를 나타낼 수 있다. ReM5 단일상의 경우, 이방성(anisotropic)을 나타내어 높은 보자력을 나타내지만, 복수의 상들이 혼합된 경우, 등방성(istropic)을 나타내어 낮은 보자력을 나타낼 수 있다.
결과적으로, 높은 최대자기에너지적값을 얻기 위해, 상기 실시 예에 따른 자성 나노 구조체 내의 상기 Cu 함량이 제어될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체 내의 상기 Cu 함량은 5.8 wt% 초과 10.0 wt% 미만으로 제어될 수 있다. 또한, 상기 자성 나노 구조체는, 아래의 <화학식 2>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물에서 TM의 7 % 초과 및 12 % 미만이 상기 Cu로 치환되어, 상기 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자를 갖는 합금 조성물을 포함할 수 있다.
<화학식 2>
ReTM5
(Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
즉, 상기 자성 나노 구조체 내에서, 상기 TM을 치환하는 상기 Cu의 치환량이 7 % 초과 12 % 미만으로 제어된 경우, 상기 자성 나노 구조체 내의 상기 Cu 함량이 5.8 wt% 초과 10.0 wt 미만일 수 있다. 상술된 바와 같이 상기 Cu의 함량이 제어된 경우, 상기 자성 나노 구조체는 ReM5단일상을 나타내고, 40000Oe 이상의 높은 보자력을 나타낼 수 있다.
상술된 바와 달리, 상기 자성 구조체 내의 상기 Cu 치환량이 7 % 이하 또는, 12 % 이상인 경우, 보자력 및 최대자기에너지적 값이 감소되는 문제점이 발생될 수 있다. 특히, 상기 자성 구조체 내의 상기 Cu 치환량이 5 % 미만인 경우, 상기 자성 구조체는, Re2M17상, Re2M7상, 및 ReM5상이 혼합된 구조를 나타내게 되어 보자력이 저하될 수 있다. 또한, 상기 자성 구조체 내의 상기 Cu 치환량이 20 % 이상인 경우, 상기 자성 구조체는, ReM5상 및 ReCu5 상이 혼합된 구조를 나타내게 되어 보자력이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체 내의 상기 Cu 함량이 증가함에 따라, 상기 자성 나노 구조체가 포함하는 결정의 크기가 증가할 수 있다. 즉, 상기 자성 나노 구조체 내의 상기 Cu 함량이 증가함에 따라, 상기 자성 나노 구조체의 결정화도가 향상될 수 있다. 결과적으로, 상기 Cu는 상기 자성 나노 구조체의 결정성 향상에 영향을 미칠 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 나노 구조체 형성 단계(S300)는, 상기 예비 자성 나노 구조체를 환원제와 혼합하는 단계(S310), 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 자성 나노 구조체를 열처리하는 단계(S320), 및 열처리된 상기 예비 자성 나노 구조체를 세척 용액으로 세척하는 단계(S330)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 예비 자성 나노 구조체가 환원제와 혼합된 후, 열처리됨에 따라, 상기 자성 나노 구조체가 형성될 수 있다.
상기 환원제는 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제는 CaH2를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 자성 나노 구조체가 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 희토류계 원소들의 경우, 매우 작은 산화에너지를 갖고 있어, 산화물 형태일 때 가장 안정한 상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 희토류 산화물을 금속으로 환원하기 위해서는 1500℃ 이상의 고온 및 수소 분위기가 요구되어, 공정상의 어려움이 발생된다. 하지만, 칼슘(Ca)의 경우 희토류계 원소들보다 더 작은 산화에너지를 갖기 때문에, 이를 환원제로 사용할 경우 상대적으로 낮은 열처리 온도(예를 들어 500~800℃) 및, 비수소 분위기에서 희토류 산화물을 금속으로 용이하게 환원시킬 수 있다.
상기 세척 용액은 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 자성 나노 구조체가 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 칼슘(Ca)을 포함하는 환원제를 이용하여 상기 예비 자성 나노 구조체를 환원시키는 경우, 희토류 산화물이 환원된 금속 표면에 산화칼슘(CaO)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 산화칼슘(CaO)을 제거하는 공정이 요구되는데, 기존의 산화칼슘(CaO) 제거 공정은, 아세트산 또는 염산을 초순수와 혼합한 세척 용액을 사용하였다. 이 경우, 산 용액이 자성 상에도 부식, 산화 등의 치명적인 영향을 발생시는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세척 용액의 경우, 자성상에 영향을 미치지 않으면서, 산화칼슘(CaO)을 용이하게 제거할 수 있다.
종래의 희토류 영구자석을 제조하는 방법은 잉곳(ingot)의 용해 주조, 압출성형 또는 사출성형과 같은 분말 야금법으로 구성되며, 이들은 하향식 접근(Top-dowm approach)의 특징을 갖는다. 하향식 접근 방법을 거쳐 치환형 합금을 제조할 경우, 단결정의 형태가 아닌 결정립-결정립계(grain boundary)의 복합 미세구조가 형성되기 쉽고, 수많은 결정립이 생성되면서 등방성(isotropic)의 합금이 얻어질 수 있다. 이러한 등방성의 합금은 결과적으로 보자력을 낮추게 되어 자기적 특성의 저하를 야기할 수 있다. 뿐만 아니라, 결정립계에 결함(defect) 및 불순물이 발생하기 쉽고, 결정립과 결정립계가 서로 다른 상(phase)으로 이루어지기 쉬우므로 자기이력곡선 상에서 분리된 이성분상(binary-phase)의 거동을 보이며 자성 특성에 악영향을 끼치는 문제점이 발생될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 전구체, 전이금속 원소를 포함하는 제2 전구체, 및 Cu를 포함하는 제3 전구체를 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함하는 예비 자성 나노 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 예비 자성 나노 구조체를 환원시켜, 상기 희토류 원소, 상기 전이금속 원소, 및 상기 Cu의 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 자성 나노 구조체의 제조방법은, 상향식(Bottom-up approach) 특징을 가질 수 있다.
이러한, 상향식 특징을 갖는 제조방법을 통해 자성 나노 구조체를 제조하는 경우, 상기 소스 용액 준비 단계에서 상기 제3 전구체의 함량을 제어하는 간단한 방법으로, 최종 생성 물질인 자성 나노 구조체 내의 Cu 함량을 제어할 수 있다. 상술된 바와 같이 상기 자성 나노 구조체 내의 Cu 함량이 5.8 wt% 초과 10.0 wt% 미만으로 제어되거나, 상기 자성 나노 구조체가 상기 <화학식 2>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물에서 상기 TM의 7% 초과 및 12% 미만이 상기 Cu로 치환되어, 상기 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자를 갖는 경우, 상기 자성 나노 구조체의 보자력이 향상될 수 있다. 결과적으로, 자성 특성이 향상된 자성 나노 구조체가 제공될 수 있다. 또한, 가격이 비싼 코발트를 대체하여 구리가 사용됨에 따라, 경제적 비용이 절감된 자성 나노 구조체가 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 자성 나노 구조체 및 그 제조방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 자성 나노 구조체 제조
7mL 용량의 초순수에 사마륨(III) 질산 6수화물(Samarium(III) nitrate hexahydrate; Sm(NO3)36H2O), 코발트(II) 질산 6수화물(Cobalt(II) nitrate hexahydrate; Co(NO3)26H2O), 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O), 및 3 wt% 농도의 PVP를 혼합하여 소스 용액을 제조하였다.
제조된 소스 용액은 전기방사를 위해 주사기에 담고 주사기 펌프를 사용하여 0.8 mL/h의 속도로 용액을 지속적으로 밀어준다. 이 때 주사기의 팁(tip) 부분과 방사된 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 15cm 간격으로 이격되고, 16 kV의 고전압을 인가해주어 전위차에 의해 소스 용액이 방사되도록 한다. 포집기에 증착된 물질은 알루미나(alumina, Al2O3) 도가니에 모아 대기 분위기에서 약 700℃의 온도로 3시간 동안 하소하여 고분자를 포함한 유기물이 모두 분해되도록 한다.
하소된 물질을 CaH2와 1:1의 부피비로 혼합하고 비활성 분위기에서 약 700℃의 온도로, 1시간 동안 열처리하여 환원시킨 후, 염화암모늄과 메탄올 혼합용액을 이용하여 수세하여, Co 대비 Cu가 3% 치환된 제1 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
실시 예 2에 따른 자성 나노 구조체 제조
상기 실시 예 1에 따른 방법으로 자성 나노 구조체를 제조하되, 소스 용액 내 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O)의 비율을 제어하여, Co 대비 Cu가 5% 치환된 제2 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
실시 예 3에 따른 자성 나노 구조체 제조
상기 실시 예 1에 따른 방법으로 자성 나노 구조체를 제조하되, 소스 용액 내 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O)의 비율을 제어하여, Co 대비 Cu가 7% 치환된 제3 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
실시 예 4에 따른 자성 나노 구조체 제조
상기 실시 예 1에 따른 방법으로 자성 나노 구조체를 제조하되, 소스 용액 내 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O)의 비율을 제어하여, Co 대비 Cu가 10% 치환된 제4 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
실시 예 5에 따른 자성 나노 구조체 제조
상기 실시 예 1에 따른 방법으로 자성 나노 구조체를 제조하되, 소스 용액 내 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O)의 비율을 제어하여, Co 대비 Cu가 12% 치환된 제5 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
실시 예 6에 따른 자성 나노 구조체 제조
상기 실시 예 1에 따른 방법으로 자성 나노 구조체를 제조하되, 소스 용액 내 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O)의 비율을 제어하여, Co 대비 Cu가 15% 치환된 제6 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
실시 예 7에 따른 자성 나노 구조체 제조
상기 실시 예 1에 따른 방법으로 자성 나노 구조체를 제조하되, 소스 용액 내 구리 질산 3수화물(Cu(NO3)23H2O)의 비율을 제어하여, Co 대비 Cu가 20% 치환된 제7 실시 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체 제조
초순수에 사마륨(III) 질산 6수화물(Samarium(III) nitrate hexahydrate; Sm(NO3)36H2O), 코발트(II) 질산 6수화물(Cobalt(II) nitrate hexahydrate; Co(NO3)26H2O), 및 PVP를 혼합하여 소스 용액을 준비한다.
준비된 소스 용액을 상기 실시 예 1에 따른 방법으로 방사 후 환원시켜, Cu를 포함하지 않는 비교 예에 따른 자성 나노 구조체를 제조하였다.
상기 실시 예들 및 비교 예에 다른 자성 나노 구조체가 아래 <표 1>을 통해 정리되고, 상기 실시 예들 및 비교 예에 따른 자성 나노 구조체의 구체적인 성분 비율이 아래 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 구성 Co 대비 Cu 치환량
실시 예 1 Sm-Co-Cu 3 %
실시 예 2 Sm-Co-Cu 5 %
실시 예 3 Sm-Co-Cu 7 %
실시 예 4 Sm-Co-Cu 10 %
실시 예 5 Sm-Co-Cu 12 %
실시 예 6 Sm-Co-Cu 15 %
실시 예 7 Sm-Co-Cu 20 %
비교 예 1 Sm-Co 0 %
구분 Sm Co Cu
실시 예 1 16.7 wt% 80.8 wt% 2.5 wt%
실시 예 2 16.7 wt% 79.2 wt% 4.2 wt%
실시 예 3 16.7 wt% 77.5 wt% 5.8 wt%
실시 예 4 16.7 wt% 75.0 wt% 8.3 wt%
실시 예 5 16.7 wt% 73.3 wt% 10.0 wt%
실시 예 6 16.7 wt% 70.8 wt% 12.5 wt%
실시 예 7 16.7 wt% 66.7 wt% 16.7 wt%
비교 예 1 16.7 wt% 83.3 wt% 0 wt%
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체를 촬영한 사진들이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 상기 비교 예 1, 실시 예 2, 실시 예 4, 실시 예 6, 및 실시 예 7에 따른 자성 나노 구조체를 각각 SEM(scanning electron microscope) 촬영하여 도 5 내지 도 9에 도시하였다. 또한, 각각의 자성 나노 구조체 제조과정 중, 전기방사 직후의 상태, 소결된 상태, 및 환원된 상태 각각을 촬영하여 (a) 내지 (c)에 도시하였다.
도 5 내지 도 9를 통해 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1, 실시 예 2, 실시 예 4, 실시 예 6, 및 실시 예 7에 따른 자성 나노 구조체는, 전기방사, 소결, 및 환원 과정을 거치면서 결정 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 각 자성 나노 구조체가 포함하는 결정의 크기가 비교 예 1, 실시 예 2, 실시 예 4, 실시 예 6, 및 실시 예 7 순서로 점차적으로 증가하는 것을 보아, Cu의 함유량이 증가함에 따라 결정립 크기가 증가하는 것을 알 수 있었다. 각각의 자성 나노 구조체가 포함하는 결정립 크기는 아래 <표 3>을 통해 정리되고, 결정립의 크기는 아래 <수학식 1>을 통해 산출되었다.
구분 결정립 크기
비교 예 1 22.41 nm
실시 예 2 26.10 nm
실시 예 4 28.95 nm
실시 예 6 31.61 nm
실시 예 7 36.56 nm
<수학식 1>
Figure pat00003
(D: 결정립 크기, k: 형상 상수(=0.9), λ: 0.1541 nm, β: FWHM(deg.), θ: peak angle(deg.))
도 10은 Sm-Co 합금 조성물 및 Sm-Co-Cu 합금 조성물의 X-ray diffraction 분석을 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, SmCo5 합금 조성물, SmCo4 . 5Cu0 .5 합금 조성물, SmCo4Cu 합금 조성물, SmCo3 . 5Cu1 .5 합금 조성물, 및 SmCo2Cu3 합금 조성물 각각에 대해 X-ray diffraction 회절 패턴을 나타내었다.
도 10에서 확인할 수 있듯이, Cu를 포함하는 함금 조성물의 경우 SmCo5 합금 조성물과 비교하여, 저각(low angle)으로 패턴이 shift 된 것을 확인할 수 있었다. 또한, Sm-Co-Cu 합금 조성물 내에서도, Cu의 함량이 증가함에 따라, 저각(low angle)으로 패턴이 shift 된 것을 확인할 수 있었다. 이는, SmxCoy(x,y>0) 로 표시되는 단위 격자 내 원자들의 배치와, SmxCoyCuz(x,y,z>0) 로 표시되는 단위 격자 내 원자들이 배치가 동일하되, Co의 자리에 Cu가 배치됨에 따라 발생하는 현상인 것으로 판단될 수 있다. 보다 구체적으로, SmxCoy 로 표시되는 단위 격자 내 Co의 위치에 Cu가 배치되는 경우, Co의 원자반경(1.67
Figure pat00004
)보다 Cu의 원자반경(1.57
Figure pat00005
)이 더 작음에 따라, 에너지 준위상 안정한 SmCu5상이 형성되기 쉽고, 이는 SmCo5 상보다 큰 격자 상수를 가지므로, X-ray diffraction 회절 패턴에서 저각으로의 shift 현상을 나타내게 된다.
도 11은 본 발명의 실시 예 들 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체의 X-ray diffraction 분석을 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 상기 비교 예 1, 실시 예 2, 실시 예 4, 실시 예 6, 및 실시 예 7에 따른 자성 나노 구조체 각각에 대해 X-ray diffraction 회절 패턴을 나타내었다.
도 11을 통해 알 수 있듯이, Cu를 포함하지 않는 상기 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체와 비교하여, Cu를 포함하는 상기 실시 예 2, 실시 예 4, 실시 예 6, 및 실시 예7에 따른 자성 나노 구조체는, 저각(low angle)으로 패턴이 shift 된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예 2, 실시 예 4, 실시 예 6, 및 실시 예 7에 따른 자성 나노 구조체를 서로 비교한 경우, Cu의 함량이 증가함에 따라 X-ray diffraction 회절 패턴 저각으로 shift된 것을 확인할 수 있었다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예들 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체의 구조를 분석하기 위한 X-ray diffraction 분석 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 실시 예 7, 실시 예 4, 실시 예 2, 실시 예 1, 및 비교 예에 따른 자성 나노 구조체의 X-ray diffraction 분석 결과를 나타내었다. 도 12의 (a) 내지 (e)는 각각, 실시 예 7, 실시 예 4, 실시 예 2, 실시 예 1, 및 비교 예에 따른 자성 나노 구조체의 X-ray diffraction 분석 결과를 도시하고, 도 13의 (a) 내지 (e)는 도 12의 (a) 내지 (e)에 표시된 A 내지 E 부분을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 12의 (d) 및 (e), 도 13의 (d) 및 (e)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체는, SmCo5상, Sm2Co7상, 및 Sm2Co17 상이 혼합된 상태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이와 달리, 도 12의 (b) 및 (c), 도 13의 (b) 및 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 2 및 실시 예 4에 따른 자성 나노 구조체는, SmCo5 단일상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 12의 (a) 및 도 13의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 7에 따른 자성 나노 구조체는, SmCo5상 및 SmCu5상이 혼합된 상태를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 이방성의 ReM5 단일상을 통해 높은 보자력을 획득하기 위해, 상기 실시 예에 따른 자성 나노 구조체 내에서, 상기 전이금속 대비 상기 Cu의 치환량이 최소 5 %가 요구된다는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예에 따른 자성 나노 구조체의 자화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14를 참조하면, 상기 비교 예 1, 실시 예 1 내지 7에 따른 자성 나노 구조체의 포화자화, 각형비, 및 보자력을 측정하여 나타내었다. 도 14를 통해 측정된 자성 특성 값, 및 각 자성 나노 구조체의 결정상 구조가 아래 <표 4>를 통해 정리된다.
구분 결정상 구조
(M: Co+Cu)		 포화자화
(emu/g)		 잔류자화
(emu/g)		 각형비
(%)		 보자력
(Oe)
비교 예 1 Sm2Co17,Sm2Co7 75.716 45.063 59.516 7570.8
실시 예 1 SmM5Sm2M17,
Sm2M7 		65.416 43.310 66.207 13195.9
실시 예 2 SmM5 55.927 39.074 69.867 29707.9
실시 예 3 SmM5 54.365 41.078 75.559 35062.5
실시 예 4 SmM5 51.652 39.433 76.276 40737.9
실시 예 5 SmM5 50.774 37.840 74.525 37775.8
실시 예 6 SmM5 48.888 36.972 75.626 18936.5
실시 예 7 SmM5 45.267 34.132 75.403 16469.7
도 14 및 <표 4>에서 알 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체와 비교하여, 상기 실시 예 1 내지 7에 따른 자성 나노 구조체의 포화자화 및 잔류자화가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 비교 예 1에 따른 자성 나노 구조체와 비교하여, 상기 실시 예 1 내지 7에 따른 자성 나노 구조체의 보자력은 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 상기 실시 예 1 내지 7에 따른 자성 구조체를 서로 비교한 경우, Cu 함유량이 증가함에 따라 포화자화 및 잔류자화가 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시 예 1 내지 4에 따른 자성 구조체는 Cu 함유량이 증가함에 따라 보자력이 증가하지만, 실시 예 5 내지 7에 따른 자성 구조체는 Cu 함유량이 증가함에 따라 보자력이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
결과적으로, Co 대비 Cu의 치환량이 7 % 초과 12 % 미만으로 제어되는 경우, 포화자화 및 잔류자화는 약간 감소하지만, 현저한 보자력 향상을 통해, 자성 특성이 향상된 자성 나노 구조체가 제공되는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따른 자성 나노 구조체의 보자력을 비교한 그래프이다.
도 15를 참조하면, 상기 실시 예 1 내지 7에 따른 자성 나노 구조체, 및 비교 예 1 내지 6에 따른 자성 나노 구조체를 준비하고, 각각에 대해 보자력(Coercivity, Hci, kOe)을 측정하여 나타내었다. 비교 예 2 내지 6에 따른 자성 나노 구조체는, 아래 <표 5>를 통해 정리된다.
구분 제조방법 구조
비교 예 2 Induction melting, As-cast SmCo5 - xCux alloys
비교 예 3 Induction melting, Annealed SmCo5 - xCux alloys
비교 예 4 Arc-melting Sm-Co-Cu 및 Pr-Co-Cu가 1:5의 비율로 혼합된 alloys
비교 예 5 Arc-melting Sm(Co, Cu)5 alloys
비교 예 6 Magnetron sputtering SmCo5
도 15에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예들에 따른 자성 나노 구조체는, 비교 예들에 따른 자성 나노체 보다 현저히 높은 보자력을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예들에 따른 자성 나노 구조체 중에서도, 상기 실시 예 4에 따른 자성 나노 구조체의 보자력이 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 주사기
20: 주사기 펌프
30: 주사기 팁
40: 포집기

Claims (16)

  1. 희토류 원소를 포함하는 제1 전구체, 전이금속 원소를 포함하는 제2 전구체, 및 Cu를 포함하는 제3 전구체를 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계;
    상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 및 Cu 산화물을 포함하는 예비 자성 나노 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 예비 자성 와이어를 환원시켜, 상기 희토류 원소, 상기 전이금속 원소, 및 상기 Cu의 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 자성 나노 구조체 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 용액 내 상기 Cu의 몰 비율은 5.8 at% 초과 10.0 at% 미만인 것을 포함하는 자성 나노 구조체 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 나노 구조체 형성 단계는,
    상기 예비 자성 나노 구조체를 환원제와 혼합하는 단계;
    상기 환원제와 혼합된 상기 예비 자성 나노 구조체를 열처리하는 단계; 및
    열처리된 상기 예비 자성 나노 구조체를, 세척 용액으로 세척하는 단계를 포함하는, 자성 나노 구조체 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 환원제는, 칼슘(Ca)를 포함하는 자성 나노 구조체 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 Cu의 함량을 제어하여, 보자력(coercive force)을 제어하는 것을 포함하는 자성 나노 구조체 제조방법.
  6. 희토류 원소, 전이금속 원소, 및 Cu의 합금 조성물을 포함하되,
    상기 합금 조성물 내에서, 상기 Cu의 함량은 5.8 wt% 초과 10.0 wt% 미만인 것을 포함하는 자성 나노 구조체.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 합금 조성물은 ReM5(Re: 희토류 원소, M: 전이금속 원소 또는 Cu 중에서 적어도 어느 하나)로 표시되는 단위 격자(unit cell)로 구성되는 자성 나노 구조체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 ReM5의 결정 구조는, 육방정계(hexagonal)를 포함하는 자성 나노 구조체.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 Cu는, 상기 단위 격자 내 2c, 2g 사이트(site) 중 적어도 어느 하나의 사이트에 배치되는 것을 포함하는 자성체.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함하는 자성 나노 구조체.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 전이금속 원소는, Co 또는 Ni 중 어느 하나를 포함하는 자성 나노 구조체.
  12. 제6 항에 있어서,
    단결정(single crystal), 및 이방성(anisotropic) 특성을 갖는 자성 나노 구조체.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 합금 조성물 내에서, 상기 희토류 원소의 함량은 16.7 wt%이고, 상기 전이금속 원소의 함량은 73.3 wt% 초과 77.5 wt% 미만인 것을 포함하는 자성 나노 구조체.
  14. 아래의 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자로 구성되는 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체.
    <화학식 1>
    ReTMxCu5 -x
    (Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
  15. 제14 항에 있어서,
    아래의 <화학식 2>로 표시되는 단위 격자를 포함하는 합금 조성물에서 상기 TM의 7% 초과 및 12% 미만이 상기 Cu로 치환되어, 상기 <화학식 1>로 표시되는 단위 격자를 갖는 합금 조성물을 포함하는 자성 나노 구조체.
    <화학식 2>
    ReTM5
    (Re: 희토류 원소, TM: 전이금속 원소)
  16. 제14 항에 있어서,
    40000 Oe 이상의 보자력을 갖는 자성 나노 구조체.
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