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소재화학 관점에서 본 컴퓨터 모의시험을 통한 음이온과 양이온 clay 계산

전문가 제언: ○ 컴퓨터의 성능이 향상됨과 더불어, 컴퓨터를 이용한 모의실험 결과의 정확도가 증가하고 있다. 아울러 실험으로 분석이 되지 않는 소재의 특성을 이론적으로 이해하고자 하는 시도와 더불어, 특성의 이해를 넘어서 성질을 예측하고, 조절할 수 있는 컴퓨터를 이용한 모의실험방법에 대한 기대가 높아지고 있는 가운데, 본 논문에서는 clay라는 sheet로 이루어진 소재에 대한 컴퓨터 모의실험에 대해 소개하고 있다.

○ Clay는 점토층으로 된 소재로서 화학결합에 의해 형성된 층들과 층간원소들이 물리적 상호작용으로 결정 구조를 형성하고 있는 층상 구조를 하고 있다. 자연계에 많이 존재하는 양이온성 clay와 음이온성 clay, 그리고 층간물질에 유기물질을 도입한 유기계 clay들의 특성을 이해하고자 컴퓨터 모의실험을 수행하고, 실험결과와 비교 분석하여 컴퓨터 모의실험방법의 정확성을 구축하고 있다.

○ Clay의 층과 층 사이의 거리는 모두 나노미터 단위의 크기를 하고 있으므로 나노기술의 발전과 더불어 다양한 응용이 기대되는 물질이다. clay 응용으로는 약 전달 재료, 환경수복 촉매, 방사화학물질 저장용 물질, 고분자 복합 소재용 충전재, 다양한 반응에 있어 고체상 산 또는 고체상 염기성 촉매, 생체모사 촉매, 종이 코팅제 및 흡수제 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.

○ 컴퓨터를 이용한 화학소재의 모의 실험방법에는 양자역학 및 고전역학을 이용하여 계의 potential energy surface를 구하는 방법 및 구조 최적화, 분자동역학 및 Monte Carlo 방법이 있고, 각 방법들은 각각의 단점과 장점을 갖고 있다. 그러나 최근에는 컴퓨터의 성능이 획기적으로 향상되고 있고, 새로운 방법들이 개발되고 있어서 clay 소재의 특성 이해뿐만 아니라, 특성 예측, 나아가서 특성을 조절할 수 있는 다양한 가능성을 보이고 있는 계산 모의실험은 앞으로 정밀화학 소재 등에 응용하여 시간과 경비를 절약할 수 있는 새로운 도구(tool)가 될 것으로 기대된다.

저자: Greenwell, HC; Jones, W; Coveney, PV; Stackhouse, S
자료유형: 학술정보