한국재료연구원은 나노재료연구본부 김종우 박사팀과 재료공정연구본부 신다슬 박사팀이 국내 최초로 소재-부품-모듈 전주기 자기 냉각 기술 개발에 성공했다고 밝혔다.

자기 냉각 기술은 가스 냉매 없이 인가 자기장에 의한 자기 열량 효과를 활용해 고체 상태에서 냉각을 구현하는 친환경 기술이다. 기존에는 소재 제조 공정의 높은 단가와 희토류 원소 의존성, 대량 생산 기술 부족 등이 한계로 지적됐다.

연구팀은 La계 합금과 Mn계 합금 등 다양한 자기 냉각 소재를 합성해 열간압연, 냉간인발, 마이크로 채널 가공 과정을 거쳐 판재와 세선 와이어 형태의 시편을 제작했다. 이 공정을 통해 소재의 미세 조직을 정밀 제어해 냉각 효율과 신뢰성을 향상시켰다.

판재 성형에서는 대면적 0.5㎜ 두께의 La계 박판 제조 기술, 와이어 제조에서는 직경 1.0㎜의 Gd계 세선 제조 기술을 구현해 부품 단위에서 세계 최고 수준의 성능을 달성했다.

비희토류 Mn계 소재에서는 열 이력 제어와 자기적 이방성 조절을 통한 냉각 특성 개선 결과를 확보했다. 또 자기 냉각 소재와 부품의 단열온도 변화를 직접 측정할 수 있는 장비를 국내 최초로 개발해 적용했다.

몬트리올 의정서 키갈리 개정안에 따라 2030년 이후 HFC, HCFC, R22 등 주요 가스 냉매의 생산과 사용이 전면 금지될 예정이다. 일회용 냉매 용기 사용도 전면 제한되는 상황에서 자기 냉각 기술은 차세대 핵심 냉각 솔루션으로 주목받고 있다.

김종우 책임연구원은 "이번 기술이 상용화되면 기존 가스 냉매 기반 냉각기의 한계를 넘어 친환경적이면서도 안정적인 냉각 솔루션을 제공할 수 있다"고 말했다. 신다슬 선임연구원은 "이번 창의형 융합연구사업을 통해 기술을 더 고도화해 국내 산업 생태계 조성과 글로벌 시장 진출에도 기여할 것을 기대한다"고 밝혔다.

연구는 한국재료연구원의 기본사업과 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 세계적인 학술지 레어메탈스에 지난 5월 게재됐으며, 연구팀은 자기 냉각 평가 시스템 관련 국내 특허 등록을 완료하고 미국 특허를 출원했다.