네오디뮴 자석

Neodymium Magnet, NdFeB magnet

네오디뮴, 붕소, 철을 2:1:14의 비율로 소결 방식으로 합금하여 만든 자석.

지구상에 현존하는 가장 강력한 영구자석이다. 이 자석에서 네오디뮴이 하는 역할은 그 특이한 원자 모양으로 철 원자를 붙잡아서 자성 모멘트가 흐트러지지 않게 하는 것이다.

작은 사이즈라고 해도 자력이 엄청나서 헤드폰 등에 주로 쓰인다. 소형 유닛으로도 강력한 고출력을 낼수 있게 해주는것이 네오디뮴 자석이라 아주 쓸만한 자석이다. 모형쪽에서는 레진 피규어의 파츠에 심어서 간단한 포즈 변경이나 부품 탈착이 가능하게 만드는 용도로 종종 쓰인다. 가끔 미니카 모터에도 쓴다고 카더라

일부 Geek 상점에서는 냉장고용 자석으로 팔기도 하며 HDD에도 들어간다. 특히 하드디스크에 들어가는 네오디뮴자석은 판형으로 되어 있기 때문에 살점이 찝히면 뜯어져나갈 수도 있으니 주의. 냉장고 등에 던지다보면 자신의 자력을 못 이기고 깨지기도 한다.

자석이긴 하지만 흔히 보는 일반 자석과는 달리 매끈한 표면과 완전한 금속성 광택을 유지한다. 네오디뮴자석의 부식을 방지하기 위해(공기중에서 쉽게 부식된다) 다른종류의 금속으로 도금을 하기 때문에 Ni, Ni-Cu-Ni, Zn 등의 금속이 입혀져 있다. 또한 일반자석에서 자주 보이는 부스럼현상, 모서리 부분이 잘게 깨지는 현상이 없다. 단 모서리 부분이 한번 깨지기 시작하면 도금층이 벗겨져버리는 경우가 있으며 재질이 단단하지만 유연성이 없어서 큰 충격을 버티지 못하고 두 조각으로 깨지는 경우가 있다.

네오디뮴 자석은 워낙 강력하기 때문에 작은 크기라고 할지라도 손에 심각한 상처를 줄 수 있으며 대형의 경우 뼈가 부러지는 사고가 생길 수 있다. 또한 간격을 두고 2개를 먹으면 내장에 구멍이 나는 사고가 발생할 수 있다. 자력이 워낙 강하다보니 보관할 때에는 2개의 자석 사이에 나무토막이나 플라스틱 조각을 끼워 보관한다. 대형 네오디뮴 자석의 경우 사이에 뭔가가 끼워져 있지 않으면 쉽게 떼어낼 수 없다. 작은 것 역시 마찬가지지만 심하진 않다. 이렇게 위험한 물건이기 때문에 미국의 경우 일정 크기 이상의 네오디뮴 자석을 다루려면 별도의 자격증이 있어야 한다.

현재는 산업계 전반에 널리 쓰이고 있으며 사마륨 코발트 자석보다 더 많이 생산되고 희토류 자원이 많은 중국이 주로 생산하고 있다. 그래서 미국에서는 중국에 희토류 의존을 줄이기 위해 희토류 자원을 쓰지않는 자석을 국가적 과제로 연구 개발중이다.

자석의 세기는 자석에 포함된 철 원자 하나하나가 S극과 N극의 방향이 어느 정도 정렬되어 있느냐에 따라 결정된다.방향이 가지런할 수록 강한 자석이 된다. 철(Fe)만으로 이루어진 자석은 방향이 제멋대로 흩어지기 쉽다. 우선 최초에 어느 영역의 원자가 한 덩어리가 되어 방향을 바꾸고,그와 같은 영역이 증가함으로써 전체적으로 원자의 방향이 흩어지는 것이다. 네오디뮴 자석은 주로 철 원자와 네오디뮴 원자로 되어 있다. 네오디뮴 자석이 강력한 이유는 철 원자의 방향이 잘 흩어지지 않기 때문이다.여기에는 네오디뮴 원자의 형태가 관련된다. (원자의 형태란 원자핵을 둘러싼 '전자구름'의 형태를 말한다.전자구름이란 전자가 존재할 수 있는 영역이며,전자구름의 모양은 전자의 수나 전자의 에너지 상태에 따라 변한다.) 네오디뮴 원자는 철 원자에 비해 근소하나마 평탄한 모양을 하고 있다. 그래서 철 원자의 방향 변환이 막혀서,결과적으로 방향 변환이 어려워진다. 그러나 네오디뮴 자석도 높은 온도에서 격렬하게 흔들리면 방향이 바뀐다.

또 열에 약하다는 단점이 있다. 그러나 열에 약하다는 단점은 다른 희토류 원소인 '디스프로슘'(Dy)을 넣으면 열에 약하지 않게 된다. 디스프로슘 원자는 네오디뮴 원자보다 더욱 평탄한 모양을 하고 있기 때문에 방향이 잘 바뀌지 않는다. 그래서 디스프로슘을 가한 네오디뮴 원자는 고온이 되어도 철 원자의 방향이 흩어지기 어려워진다. 그러나,이러면 치명적인 단점이 생겼으니,상온에서의 자기력은 일반 네오디뮴 자석보다 약하다는 것이다. 디스프로슘의 원래의 자성 방향이 철 원자와 반대이기 때문이다. 그래서 용도에 따라 디스프로슘의 함유량이 다른 자석을 사용한다.

네오디뮴 자석에서 네오디뮴을 회수하는 것도 가능한데,네오디뮴 자석을 고온의 염화마그네슘 액체에 반나절 담가 두면 네오디뮴이나 디스프로슘이 염화물로 녹아 나온다. 다음에 이 액체를 진공 유리관에 넣고 6시간 가열하면 네오디뮴이나 디스프로슘이 분리된다.

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