제일원리 계산을 이용한 신규 투명 전도재료의 연구

전문가 제언

○ 제일원리계산이란 first principles calculation 혹은 ab initio calculation이라 한다. ab initio란 어원은 ‘from the beginning’으로 제일원리계산은 어떤 실험적 혹은 경험적 사실에 의존하지 않고 양자역학의 가장 기본원리를 사용하여 이루어진다. 이곳에서 가장 기본원리를 제일원리라 한다. 이렇듯 제일원리란 양자역학의 가장 기본원리이나 세라믹 등 재료를 다루는 공학자들에게는 어렵게 느껴질 수 있다.

○ 어떠한 경험적 혹은 실험적인 사실을 사용하지 않고 전자와 원자핵과의 상호작용 및 전자와 전자의 상호작용이라는 기본원리를 바탕으로 컴퓨터를 이용하여 슈뢰딩거 방정식을 풀어 물질의 다양한 성질 즉 구조적 및 열역학적, 전자기적, 광학성질 등을 얻을 수 있는 방법이 제일원리 계산법이다. 이 방법에는 여러 가지가 개발되어 있으나 고체산화물의 구조 및 전자상태는 밀도함수법(DFT: Density Functional Theory)이 이용되는 경우가 많다.

○ 전도재료는 ITO가 가장 많이 사용되고 있으나 ITO의 주원료인 인듐은 희토류 원소로서 가채양이 소량이며 생산을 중국이 주도하고 있어 가격이 급등하고 있다. ITO 제조공정 개선이나 재활용 기술이 진전되고 있으나 새로운 투명 전도재료의 개발·실현이 필요한 실정이다.

○ 산화티타늄(TiO2)은 기능성 재료로서 다양한 분야에 응용이 되고 있다. TiO2는 다상을 가지고 있으며 아나타제, 루틸, 블루카이트의 3종류의 결정구조가 존재한다. 최근에 아나타제형 TiO2에 Nb원자를 도핑하면 가시광선 투과성을 가지며 높은 전도성을 발현하는 것이 발견되어 인듐을 사용하지 않는 새로운 투명 전도재료로 주목을 받고 있다.

○ ITO 전도재료의 대체를 위한 연구는 국내외에서 많이 실시되고 있다. 이 문헌은 TiO2 활용에 대한 것이다. 특히 제일원리계산을 이용하여 보다 구체적으로 물질의 물성을 직접 평가하여 재료개발 현장에 구체적으로 적용하려고 하고 있다. 국내에서도 제일원리계산 활용에 대한 문헌이 점차 발표되고 있어 컴퓨터 시뮬레이션기술이 연구개발, 제품설계 생산준비 등에 많이 활용되길 기대한다.

저자

Hideyuki Kamisaka

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2009

권(호)

9(12)

잡지명

未來材料

과학기술
표준분류

재료

페이지

24~29

분석자

김*환

분석물

• 제일원리 계산을 이용한 신규 투명 전도재료의 연구.pdf [368,071 byte]

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