UNIST, 나노 단위 제어 가능한 금속-유기 골격체 개발

UNIST 연구팀이 개발한 금속-유기 골격체 개념도.UNIST 제공

나노 단위로 제어가 가능한 새로운 고체물질이 개발됐다. 정밀한 부품을 기계적으로 움직여야 하는 '디지털 데이터 스토리지' 등에 활용될 것으로 기대된다. 

울산과학기술원(UNIST)은 최원영, 민승규 교수 연구팀이 기계처럼 작동하는 금속-유기 골격체를 개발했다고 27일 밝혔다. 부품 교체를 통해 이 골격체를 활용해 만든 기계에서 나노 단위로 기계의 움직임 또한 정밀하게 조절할 수 있다. 

일상생활과 다양한 산업의 필요성에 의해 기계는 지속적으로 발전해왔지만 고체 상태의 분자 구조를 이루는 기계를 제어하는 것은 여전히 도전 과제로 남아있다. 연구팀은 금속 노드와 유기 분자로 이뤄진 리간드를 이용해 각각의 네모난 블록이 연결고리로 이어진 모양의 '링크 구조 골격체'를 만들었다. 리간드는 큰 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 가리킨다. 이 골격체를 활용해 구성성분의 특성에 따라 다양한 구조로 조립될 수 있는 '금속-유기 골격체 제올라이트 모방 다공성 고체'를 만들었다. 

연구팀은 전파나 빛과 같은 파장인 X선의 회절현상을 측정해 이 골격체를 나노 단위에서 기계처럼 움직이게 할 수 있다는 점을 확인했다. 골격체는 온도 변화와 용매 분자에 반응하며 회전 운동에서 직선 운동으로 변환할 수 있는 특징을 보였다.

기계를 연결하는 부품을 간단히 교체함으로써 나노 단위의 정밀한 움직임까지 제어가 가능하다는 사실도 확인했다. 특히 아연 기반의 금속 노드와 이미다졸 유기 리간드로 제작한 골격체는 같은 금속-유기 골격체 중 가장 뛰어난 탄성과 유연성을 나타냈다.

이같은 특성은 기계의 연결 구조 덕분이다. 같은 소재를 사용하더라도 연결되는 방법에 따라 골격체의 유연성이 달라지는 셈이다. 연구팀은 이 기계를 나노 신소재 개발 분야에서 다양하게 활용할 수 있다고 평가했다. 

이번 연구 논문의 제1저자인 남주한 UNIST 연구원은 “이번 연구를 통해 분자 수준에서 제어 가능한 다공성 고체 기계 설계의 새로운 가능성을 발견했다”고 말했다.

최 교수는 “다양한 분자 기계 부품의 탐색 및 기계 링크 구조의 작동 원리에 대한 연구는 앞으로 디지털 데이터 스토리지와 같은 특정 응용 분야에 새로운 길을 열 것”이라고 기대했다.

[이채린 기자 rini113@donga.com]