류두열·장우동 교수팀, 분자 사이에 작용하는 약한 상호작용의 조절을 통해 새로운 액정상 발견

'Journal of the American Chemical Society' 게재

[사진. (왼쪽부터) 장우동 교수, 박현준 제1저자, 전태석 제1저자, 류두열 교수]

BK21 미래선도형 글로벌 화공교육연구단장 류두열 교수(화공생명공학과)와 BK21 지속가능화학교육연구단장 장우동 교수(화학과) 연구팀은 국제공동연구(with Dr. Byeongdu Lee, Argonne National Laboratory)를 통해 같은 구조를 가지면서도 중심 부분 기능기의 변화만으로 전혀 다른 형태의 액정상이 형성될 수 있음을 발견했다.

연구에 사용된 물질은 나무의 줄기와 같이 규칙적인 분기구조를 갖는 '덴드론'이라 불리는 분자들로 강직한 구조를 갖는 골격 부분과 부드러운 사슬이 연결돼 있으며 계층적인 자기조립화 구조를 형성하게 된다. 본 연구에서는 크기와 모양이 일정하지만 중심에 도입된 기능기를 조금씩 변화시켜 자기조립화 과정을 관찰했다. 그 결과, 중심 부분의 기능기 변화만으로 다양한 형태의 액정상이 얻어질 수 있다는 사실이 확인됐다.

지금까지의 연구에서는 액정상의 변화를 유도하기 위해 덴드론의 크기를 조절하거나 전체적인 구조를 변화시키는 방법을 이용해 왔다. 본 연구와 같이 분자 간 인력의 변화만으로 전체적인 자기조립화 과정을 조절한 예는 없었다. 즉, 분자들의 자기조립화 과정에서 미세한 상호작용조차 매우 중요하게 작용할 수 있다는 사실을 본 연구를 통해 입증한 것이다.

본 연구를 통해 덴드론이나 유기고분자에서 지금까지 발견된 적 없는 액정상의 형성이 가능하다는 사실도 확인됐다. 준결정으로 불리는 여러 종류의 액정상이 얻어졌으며 다양한 분야에서의 응용이 기대된다. 유기분자의 자기조립화를 통해서 얻어지는 규칙적인 나노 구조는 반도체나 메모리 소자 등의 가공을 위한 주형으로 활용될 수 있으며 광학적 특성을 활용해 다양한 기능을 구현할 수 있는 가능성을 가진다.

본 연구는 협력연구의 중요성이 강조되고 있는 4단계 BK21 사업을 이끌고 있는 두 교육연구단장이 협업을 통해 달성한 연구성과로, 우리 대학교가 추구하고 있는 BK21 사업의 방향성과 일치하며 구성원들에게 긍정적인 영향을 줄 수 있으리라 기대된다.

이번 연구는 삼성미래기술육성재단과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원으로 진행됐으며, 화학 분야 세계적인 학술지 '저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티(Journal of the American Chemical Society)'에 10월 15일 온라인 게재됐다.

논문정보

● 논문제목: Mesoscale Frank–Kasper Crystal Structures from Dendron Assembly by Controlling Core Apex Interactions

● 논문주소: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c07313

● 주요저자: 류두열 교수(교신저자, 연세대), 장우동 교수(교신저자, 연세대), Byeongdu Lee(교신저자, Argonne 미국 National Lab.), 전태석(제1저자, 연세대), 박현준(제1저자, 연세대), 전성배(참여저자, 연세대), 조성윤(참여자자, 연세대), 안형주(참여저자, 포항가속기연구소)

출처: 연세소식(2021. 10. 21.)