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국내 연구진, 자연계에 없는 ‘메타물질’ 특성 갖는 금속유기물 합성

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국내 연구진, 자연계에 없는 ‘메타물질’ 특성 갖는 금속유기물 합성

2019.05.12 12:00
최원영 UNIST 교수(오른쪽)가 새로운 메타물질의 개념을 소개하고 있다. UNIST 제공.
최원영 UNIST 교수(오른쪽)가 새로운 메타물질의 개념을 소개하고 있다. UNIST 제공.

‘푸아송 비(Poisson’s ratio)는 물체에 힘을 더할 때 수축하거나 팽창하는 정도를 나타내는 개념이다. 예를 들어 물체에 압력을 가할 때 압력 방향과 수직인 쪽으로 팽창하는 푸아송 비를 계산할 수 있다. 그런데 일부 독특한 물질은 압력이 가해진 방향과 수직 방향으로 팽창하는 게 아니라 반대로 수축한다. 푸아송 비를 지닌 물질과는 반대로 작동하는 것이다. 이를 ‘음성(Negative) 푸아송 비’의 특성이라고 부른다. 

 

울산과학기술원(UNIST)은 최원영 자연과학부 교수 연구팀이 음성 푸아송 비를 갖는 ‘금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)’를 합성하는 데 성공했다고 12일 밝혔다. 충격파 흡수 재료나 센서, 인공 근육 등에서 유용하게 쓰일 것으로 기대된다. 연구결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 10일자에 게재됐다. 

 

음성 푸아송 비의 특성을 지닌 기존 모델은 수학적 계산으로 연구가 이뤄졌다. 이후 다양한 모델을 기반으로 제올라이트나 고분자 등에서 음성 푸아송 비의 특성이 확인됐다. 이 물질들은 다양한 구조적 특성이 있는데 이 중 내부 구조 배열이 회전하는 형태도 있다. 최 교수 연구팀은 이런 회전 모델을 유연한 고체 물질에서 구현해 음성 푸아송 비를 갖는 MOF를 합성하는 데 성공한 것이다. 

 

최 교수 연구팀은 새로 합성한 MOF에서 음성 푸아송 비의 특징이 나타나는 원리도 규명했다. 이 물질에는 경첩처럼 접히는 구조가 있어 이를 중심으로 내부 구조 배열이 변한다. 그 결과 회전 메커니즘을 토대로 물질이 수축·팽창하면서 음성 푸아송 비의 특징을 보이는 것이다. 

 

최원영 교수는 “지금까지 보고된 7만여개의 MOF 중 특정 구조가 음성 푸아송 비의 특성을 갖는 물질의 후보가 될 수 있다는 사실을 확인한 게 이번 연구의 가장 큰 의의”라며 “다양한 구조에서 자연계에 나타나지 않는 새로운 물리적 특성을 갖는 ‘메타물질’이 나올 수 있음을 예고한 것”이라고 밝혔다. 
 

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