페라이트(Ferrite)에 대해서 알아보자

[관운]

페라이트(Ferrite)

페라이트(산화철, Ferrite(Fe2O3))는 체심 입방 격자 결정을 가진 철으로, 철 합금의 경우를 포함한다. 상온에서의 페라이트를 알파철, 퀴리 온도를 넘어 자성을 잃은 페라이트를 베타철, 고온에서 오스테나이트로 변한 뒤 온도를 높혀 다시 나타나는 페라이트를 감마철이라고 한다.

아철산염이라고도 불리우며 여러 종류의 전자장치에 이용되는 자성이 있는 세라믹 같은 물질을 말한다. 페라이트는 단단하고 부서지기 쉬우며 철을 포함하고 있고 보통 회색이나 검은색의 다결정, 즉 수많은 작은 결정으로 이루어져 있다. 화학적 조성을 보면 산화철과 하나 이상의 다른 금속으로 되어 있다. 페라이트는 산화철(Ⅲ)(녹)과 마그네슘·알루미늄·바륨·망간·구리·니켈·코발트·철 등의 여러 가지 다른 금속이 반응하여 형성된다.

페라이트의 화학식은 보통 M(FeEM TYPE="ITALIC"x/EMOEM TYPE="ITALIC"y/EM)로 표현되는데, M은 앞에서 언급된 원소들 중 그가 결합하는 금속을 나타낸다. 예를 들어 아철산니켈은 NiFe2O4이며, 아철산망간은 MnFe2O4로 둘 다 첨정석 광물이다. 희토류 원소인 이트륨을 포함하고 있는 YIG(Yttrium Iron Garnet：Y3Fe5O12)로 알려진 석류석 광물은 마이크로파 회로에 쓰인다. 가장 잘 알려진 페라이트는 성서시대부터 알려진 것으로 화학식이 Fe(Fe2O4)인 자철석(자화석 또는 아철산철(Ⅱ))이다. 페라이트는 준강자성 이라고 하는 자성을 띠는데 이는 철·코발트·니켈 같은 물질의 강자성과는 구별된다(→ 색인 : 준강자성). 페라이트는 이들 구성 원자의 자기모멘트가 서로 다른 두 방향 또는 세 방향으로 배열된다. 자기장은 부분적으로 상쇄되어 페라이트는 전체적으로 강자성 물질보다는 약한 자기장을 갖게 된다. 원자 방향성에 부분적으로 존재하는 이 비대칭성의 원인은 2개 이상의 다른 종류의 자기 이온이 존재하거나 특징적인 결정 구조 때문이다. 준강자성이라는 용어는 프랑스의 물리학자 루이스 닐이 만들었는데 그는 최초로 원자 수준에서 체계적으로 페라이트를 연구한 사람이었다. 준강자성은 몇 가지 종류가 있다. 동일 직선상 준강자성은 장(場)이 반대방향으로 일렬로 배열된 것이고, 3각형 준강자성은 장이 서로 다른 각도로 놓여진 것이다. 페라이트는 첨정석 구조, 석류석 구조, 회티탄석 구조, 육방 구조 등 다양한 결정 구조를 갖는다(→ 색인 : 지구 자기장). 페라이트의 가장 중요한 성질은 자기투과성이 크고 전기저항이 크다는 점이다. 자기장에 대한 투과성이 크기 때문에 페라이트가 안테나 같은 장치에 쓰이며, 전기저항이 크기 때문에 와전류를 감소시키는 변압기의 자심(磁心)으로 이용될 수 있다. 정4각형 고리 페라이트로 알려진 형태의 페라이트는 전류에 의해 두 방향 중 한 방향으로 자화될 수 있다. 이 성질로 인해 페라이트가 디지털 컴퓨터 기억 장치로 유용하게 쓰이는데, 이는 매우 작은 페라이트 고리가 2진수 비트의 정보를 저장할 수 있기 때문이다. 다른 형태의 컴퓨터 기억장치는, 거품기억소자라고 하는 아주 작은 자기영역에서 각각 조종될 수 있는 특정 단결정의 페라이트로 만들 수도 있다(→ 색인 : 자기거품기억소자). 많은 페라이트는 한 방향으로만 마이크로파 에너지를 흡수하므로 마이크로파의 도파관으로 이용된다.