국내 연구진이 일정한 방식으로 접히는 종이접기를 응용해 새로운 메타물질을 개발했다. 메타소재가 사용되는 분자 양자 컴퓨팅 등 특정 분야에서 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
울산과학기술원(UNIST) 화학과 최원영 교수팀과 민승규 교수팀은 종이접기(Origami, 오리가미) 패턴을 기반으로 2차원 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)를 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 분자 수준까지 확인하기 어려웠던 종이접기의 작동원리 또한 관측했다고 덧붙였다.
종이접기는 단순한 놀이 형태를 넘어 공학이나 건축과 같은 다양한 분야에 영향을 미치고 있다. 특히 종이접기 작동원리는 기술분야로 확장돼 태양전지 셀부터 의료기기까지 여러 분야에서 활용되고 있다. 이처럼 종이접기 원리를 기반으로 한 개발이 꾸준히 이뤄지고 있으나 '분자 수준'의 물질 개발은 어려운 과제였다.
이에 연구팀은 금속 노드(Metal Node)와 유기 리간드(Organic Ligand)를 합성했다. 제작된 골격체는 온도변화에 반응하며 종이접기와 같은 작동원리를 보여줬다. 금속-유기 골격체는 구성성분 특성에 따라 고체 물질에 유연성을 부여할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
여기에 구조변화에 따른 음성 푸아송비(NPR)의 특성도 발견됐다. 푸아송비는 대부분의 물체가 젤리와 같이 수평으로 힘을 주면 수직으로 늘어나는데 반해 수직으로 줄어드는 특성을 말한다.
연구팀은 이러한 현상이 유연하게 이뤄진 금속-유기 골격체의 구조때문에 가능한 것으로 분석했다. 물질의 고유한 유연성이 종이접기와 같은 움직임을 가능케하는 것이다.
이런 특성은 자연에서 찾기 어려운 메타물질에서 나타나는 특징으로, 다양한 신소재 개발에 활용될 것으로 연구팀은 내다봤다.
최원영 화학과 교수는 "분자 수준에서 종이접기 작동과 같은 움직임을 구현한 것은 독특한 기계적 특성을 갖춘 신소재를 발견한 것"이라며 "이번 연구는 앞으로 양자 컴퓨팅의 발전과 같은 특정 응용 분야에 새로운 길을 열 것"으로 기대했다.
연구결과는 국제학술지인 네이처(Nature)의 자매지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 게재됐다.
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