이다예 ▲ 울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 최원영 교수팀이 금속과 유기물로 이뤄져 구멍이 많은 구조체인 '금속-유기 골격체'(MOF·Metal-Organic Framework)를 합성하고 NPR 특성을 확인하는 데 성공했다고 12일 밝혔다. (왼쪽부터) 최원영 교수, 진은지 연구원, 이인성 연구원, 민승규 교수. 울산과학기술원 제공. 힘을 가해 아래로 누르면 팽창하는 일반 물질과 달리 오히려 쪼그라드는 상상 속의 물질인 '메타물질'을 만드는 새로운 접근법이 나왔다. 울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 최원영 교수팀이 금속과 유기물로 이뤄져 구멍이 많은 구조체인 '금속-유기 골격체'(MOF·Metal-Organic Framework)를 합성하고 NPR 특성을 확인하는 데 성공했다고 12일 밝혔다. ‘푸아송 비(Poisson's ratio)’는 물체에 힘을 더할 때 수축하거나 팽창하는 정도를 나타내는 개념이다. 가령 고무공을 양쪽에서 누르면 압력을 가한 방향과 수직으로 팽창하게 되는데, 이때 푸아송 비를 계산할 수 있다. 그런데 일부 독특한 물질은 압력을 가해도 그 방향과 수직인 쪽으로 수축하는 특성을 보인다. 이를 ‘음성(Negative) 푸아송 비’의 특성이라고 한다. 이 물질들의 내부 구조 배열은 '회전(rotation)하는 형태’의 구조적 특징을 보인다. 최원영 교수팀은 이러한 ‘회전 모델’을 금속-유기 골격체에 적용해 음성 푸아송 비 특성을 가진 MOF(UPF-1)를 합성했다. 이와 함께 MOF(UPF-1)에서 음성 푸아송 비의 특징이 나타나는 원리도 규명했다. MOF(UPF-1)는 경첩처럼 접히는 구조(Hinged Point)가 있는데, 이를 중심으로 회전하는 특성을 가진다. 즉, 물질을 양쪽에서 잡아당기면 내부구조가 회전하면서 당기는 방향의 수직으로 팽창하고, 물질을 누르면 다시 회전하면서 누르는 방향의 수직으로 수축하게 된다. 진은지 연구원은 "회전 모델을 가진 물질은 외부에서 자극이 주어지면 고정된 부분을 중심으로 내부구조가 모아지거나(수축), 고정된 부분만 접촉한 채 모두 떨어져(팽창) 음성푸아송 특징을 갖는다"며 "UPF-1 또한 회전 모델을 기반으로 외부 자극(온도)에 따라 회전하면서 구조가 변하는 현상을 확인했다"고 밝혔다. 이번 연구를 통해 확인된 물질은 충격파 흡수재료나 센서, 인공 근육 등에서 유용하게 쓰일 것으로 기대된다. 최 교수는 "이번 연구의 가장 큰 성과는 지금까지 보고된 7만여 개 MOF 중 특정 구조가 NPR 특성을 갖는 물질 후보가 될 수 있음을 보인 것"이라면서 "다양한 구조에서 새로운 메타물질 등장을 예고한다"고 밝혔다. 이번 연구는 지난 10일 세계적인 과학저널, 사이언스(Science)의 자매지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 게재됐다.
울산과학기술원은 자연과학부 최원영 교수팀이 힘을 가해 아래로 누르면 오히려 쪼그라드는 상상 속의 물질인 메타물질을 만드는 새로운 접근법을 발견함으로써 충격파 흡수재료나 센서, 인공 근육 등에서 유용하게 쓰일 것으로 기대된다고 전했다.