종이접기의 일종인 '키리가미'(Kirigami) 패턴을 기반으로 한 접히는 다공성 나노 고체를 국내외 공동연구진이 개발했다. 23일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 화학과 최원영·오현철 교수팀은 독일 드레스덴공대, 도르트문트공대, 이화여대 문회리 교수팀과 함께 다공성 특성을 지닌 '접히는 금속 유기물 골격체'(MOF·Metal Organic Framework)를 만들었다.

이 MOF는 금속과 유기물이 화학 결합한 직경 1∼2나노미터(㎚·10억분의 1ｍ)의 분자 터널이 3차원으로 연결돼 있다. 그 연결 구조가 키리가미 패턴을 닮아 가로, 세로 등 특정 방향의 분자 터널을 접거나 펴는 것이 가능하다. 키리가미는 종이접기(Origami)에서 발전된 개념으로, 접기뿐만 아니라 자르기를 허용해 더 다양한 형태와 구조를 구현할 수 있는 공예 기술이다. 팝업북, 입체 카드 등에서 볼 수 있다.

연구팀은 키리가미 패턴을 잘 만들 수 있는 금속과 유기물을 선정해 합성한 뒤, 엑스레이 회절 실험 등을 통해 합성된 MOF의 내부 구조를 분석했다.

실험 결과 온도, 압력, 분자 등 외부 자극을 통해 키리가미 패턴으로 연결된 분자 터널의 크기, 방향, 차원을 정밀하게 조절할 수 있음을 밝혀냈다. 특히 연구팀은 분자 터널을 접었다 펴는 방식으로 보일러 분배기, 상하수도관에서 쓰이는 매니폴드처럼 특정 방향의 유체 흐름을 차단하거나 선택적으로 개방할 수 있다는 사실도 확인했다.

연구팀 관계자는 "종이접기에서 영감을 받은 접힘 메커니즘을 분자 수준에서 구현할 수 있음을 확인한 연구"라며 "자연계에 존재하지 않는 특성을 갖는 메타물질 설계에 새로운 방향성을 제시했다"고 말했다. 이어 "개발된 접이식 MOF의 특성을 스마트 흡착제, 에너지 저장·분리 물질 등의 개발에 응용할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 지난 11월 21일 온라인으로 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, UNIST의 지원을 받았다.