UNIST가 일정한 방식의 종이접기 패턴을 응용해 접을 수 있는 메타물질을 개발했다. 메타소재를 사용하는 양자 컴퓨팅 등에 응용 가능할 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈)는 최원영·민승규 화학과 교수팀이 종이접기(Origami, 오리가미) 패턴을 응용해 2차원 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)를 개발했다고 19일 밝혔다.
종이접기는 단순 놀이를 넘어 공학이나 건축 등 여러 분야에 영향을 미치고 있다. 종이접기 작동 원리는 기술 분야로 확장돼 태양 전지 셀부터 의료 기기까지 다양하게 활용되고, 종이접기 원리를 아이디어로 새로운 물질도 꾸준히 개발되고 있다.
하지만 '분자 수준'의 물질 개발은 어려운 과제였다.
최 교수팀은 종이접기처럼 변화가 가능한 골격체를 만들기 위해 먼저 금속 노드(Metal Node)와 유기 리간드(Organic Ligand)를 합성했다. 금속-유기 골격체는 구성 성분의 특성에 따라 고체 물질에 유연성을 부여할 수 있다.
이어 제작한 2차원 금속-유기 골격체의 X선 회절현상을 측정해 성질을 분석했다. 그 결과 제작 골격체는 온도 변화에 반응해 종이접기와 유사한 작동 원리를 나타냈다.
구조 변화에 따라 나타나는 음성 푸아송비(NPR) 특성도 확인했다. 대부분의 물체는 젤리처럼 수평으로 힘을 주면 수직으로 늘어나는데, 푸아송비는 수직으로 줄어드는 특성을 보여주는 계수다.
최 교수팀은 이러한 특이 성능의 주요 원인이 금속-유기 골격체 내부의 유연한 구조 배열 때문이라는 것을 밝혔다. 물질의 고유한 유연성이 종이접기 같은 움직임을 가능케했다는 것이다. 이런 특성은 자연에서는 찾기 어려운 메타물질만의 특징으로 다양한 신소재 개발에 활용할 수 있다.
최원영 교수는 “분자 수준에서 종이접기와 같은 움직임을 구현한 것은 독특한 기계적 특성을 갖춘 신소재를 발견한 것과 같다”며 “종이접기 작동 원리에 대한 새로운 가능성을 확인했고, 양자 컴퓨팅을 비롯한 특정 응용 분야에 새로운 길을 제시했다”고 말했다.
이번 연구 성과는 네이처 자매지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 12월 1일 온라인으로 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
