UNIST, ‘금속-유기골격체’ 활용…나노 소재, 무늬 정밀조절한다

작성일 08-18

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">- 최원영 교수팀, 이차원 MOF 소재 개발</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="f2PcRbGk1a">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="61bfad45546cae26b4e6b961afc4ac45e07b47f59ee449a01e3880083f0a6608" dmcf-pid="4VQkeKHEXg" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이번 연구를 수행한 공동 연구진. 최원영(왼쪽부터) UNIST 교수, 김지한 KAIST 교수, 박선아 POSTECH 교수, 김지연 UNIST 박사.[UNIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/18/ned/20250818090839964ewik.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="26s1hj8t5j" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/18/ned/20250818090839964ewik.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            이번 연구를 수행한 공동 연구진. 최원영(왼쪽부터) UNIST 교수, 김지한 KAIST 교수, 박선아 POSTECH 교수, 김지연 UNIST 박사.[UNIST 제공]
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          </figure>
          <p contents-hash="3d9f00d638f2f88d070823a8ab89cddf71553fc9387c8d404e9e0dd1d6cce249" dmcf-pid="8fxEd9XDXo" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 모기장을 엇갈리게 겹치면 일렁이는 무늬가 나온다. 위아래 모기장 격자끼리 어긋나면서 간섭으로 생기는 무아레(Moiré) 무늬다. 일상에선 그저 착시현상에 그치지만, 그래핀과 같은 나노 세계에선 이 무늬가 전자가 움직이는 길도 바꾼다. 무늬를 조절하는 방식으로 새로운 나노 소자, 양자 재료를 만들어낼 수 있는데, 원자는 자리가 고정돼 있어 무늬를 바꾸기 쉽지 않았다.</p>
          <p contents-hash="051dfa11f3181747bc5d4ce078a86cda55f94cbbf8355f50ac89cdb462b29222" dmcf-pid="64MDJ2ZwtL" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 금속-유기골격체(MOF, Metal-Organic Framework)를 이용해 무아레 무늬의 길이를 분자 단위로 정밀하게 조절할 수 있는 시스템을 세계 최초로 구현해냈다. 기존 그래핀 기반 구조에선 어려웠던 조절성을 확보한 것으로, 복잡한 대칭 무늬까지 정교하게 구현했다.</p>
          <p contents-hash="4e9dc5ad9c01160cb9dc5b4a16809be37fc6db843405ab65c1906b2cfcb806a3" dmcf-pid="P8RwiV5rGn" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST) 화학과 최원영 교수팀은 KAIST 김지한 교수팀, POSTECH 박선아 교수와 함께 MOF를 활용해 분자 단위로 무아레(Moiré) 무늬의 주기를 정밀 제어해냈다고 18일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="f5c13e49cbfc706390fc2e1f814ff8ec145f7ee32d74babbdfc86f08cdc5f524" dmcf-pid="QxiOg63IXi" dmcf-ptype="general">연구팀은 MOF의 높은 설계 자유도를 활용했다. MOF는 금속 이온과 유기 분자가 그물망 형태로 결합한 나노물질로, 유기물의 종류와 길이를 바꿔 그물망의 크기와 간격을 조절할 수 있다.</p>
          <p contents-hash="2887cf5c98d4b0b2eb8799abd59b582c9c8808de0d20bb855f9fc613994b8366" dmcf-pid="xMnIaP0CXJ" dmcf-ptype="general">연구팀은 지르코늄(Zr) 기반의 종이처럼 얇은 MOF층(layer) 만들고, 위아래의 MOF 층이 엇갈릴 수 있도록 다른 각도로 겹쳐 쌓았다. 투과전자현미경으로 관찰한 결과, 두 MOF 층의 엇갈린 각도와 유기 분자의 길이 등에 따라 무늬의 형태와 주기가 달라지는 것을 실제로 확인했다.</p>
          <p contents-hash="342704e245b5c88c32a24f27dcd8cb99330996f3dddb1ec08a9583d36799a3e5" dmcf-pid="yW5V3vNfYd" dmcf-ptype="general">무아레 무늬 속에 숨겨진 준주기적 대칭 구조도 수학적 분석을 통해 드러났다. 두 MOF 층을 30도 회전시켰을 때, 고딕 성당의 스테인드글라스나 모스크의 아라베스크 장식에서 볼 수 있는 12각형 대칭 구조, 이른바 ‘스템플리 타일링(Stampfli tiling)’ 패턴이 나타난 것이다. 이 무늬는 언뜻 보면 규칙적으로 보이지만, 실제로는 정확히 같은 배열이 어디에도 반복되지 않는 준주기성이 있다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e17fa627efb6523b1990779979f231e1634427e87e5339071941914957025754" dmcf-pid="WY1f0Tj4He" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="비틀어진 이중층 금속-유기 골격체에서의 무아레 패턴 형성.[UNIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/18/ned/20250818090840197wjfq.jpg" data-org-width="621" dmcf-mid="VJyzHsJqZN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/18/ned/20250818090840197wjfq.jpg" width="658"></p>
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            비틀어진 이중층 금속-유기 골격체에서의 무아레 패턴 형성.[UNIST 제공]
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          </figure>
          <p contents-hash="c06bfa474b6aab19976d706069bde3ea83d82d9143d0144734a0094b25d4e41b" dmcf-pid="YGt4pyA8HR" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 무늬들이 우연히 생긴 것이 아닌 실제로 안정적인 구조인지도 이론적으로 검증했다. KAIST 김지한 교수팀은 분자동역학(MD) 시뮬레이션을 수행해 각 회전각에서 형성된 MOF 겹층 구조의 상대적인 에너지 안정성을 계산했으며, 그중 일부 구조는 에너지적으로 가장 안정한 형태로 나타나 실험 결과를 뒷받침했다.</p>
          <p contents-hash="a01ac6c609c163892986f4cd342f64a47e660159c2023988684edc3f191ddf64" dmcf-pid="GHF8UWc6ZM" dmcf-ptype="general">최원영 교수는 “MOF는 분자 단위로 구조를 설계할 수 있어, 마치 다이얼을 돌리듯 무아레 주기를 자유자재로 조절할 수 있다”며, “이번 성과가 트위스트로닉스(twistronics)나 새로운 종류의 양자 물질 활용의 물꼬를 열었다“고 강조했다. 트위스트로닉스는 두 층의 물질을 비틀어 쌓았을 때 생기는 무아레 패턴을 이용해 전자 특성을 조절하는 기술이다.</p>
          <p contents-hash="ac0b1f82364ea7e885553a6b825e9d084eec092c6c4d23b23696602aababcf2c" dmcf-pid="HX36uYkPXx" dmcf-ptype="general">한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 8월 13일 게재됐다.</p>
         </section> 
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