양자화학이 만드는 새로운 화학공학

전문가 제언

○ 양자화학 계산은 복잡한 반응 경로에서 주요한 경로를 추정하여 연구개발을 촉진하는 도구로서 또는 각종 분리나 흡착의 단위 조작에 있어 구조해석이나 재료개발(재료의 분자설계)의 수단으로서 그 효력을 발휘하고 있으며 화학공학의 분야에서도 그 유용성이 널리 알려지고 있다. 계산화학은 컴퓨터를 이용한 계산을 통하여 이론 화학의 문제를 다루는 화학의 한 분야이다.

 

○ 양자화학을 중심으로 하는 계산화학의 계산 정도(精度)는 실험 정도에 가까우며 능가하는 경우도 있다. 양자화학 수법에서는 전자 상호작용이나 양자역학의 기본법칙과 원자의 속성에만 기반을 두고 있으며 비경험적으로 원자 사이의 힘의 근원이 되는 전자상태를 계산한다. 밀도범함수이론에 근거하는 국소밀도 근사법을 사용하여 많은 물질에 대해 매우 높은 정도의 계산이 가능하게 되었다.

 

○ 화학반응 동력학 해석에는 양자화학으로 계산한 힘을 기초로 원자의 움직임을 계산하는 양자분자동력학법(제일원리 분자동력학법)을 사용할 수 있다. 본고는 양자화학을 근거로 하는 계산화학의 활용과 양자화학 계산에 있어 저자 등이 독자적으로 개발한 Tight-Binding 양자화학 계산 방법을 이용하여 기존의 제일원리 분자동력학법에 비해 5000배의 고속화를 실현한 사실을 보고하고 있다.

 

○ 양자화학을 근거로 하는 계산화학은 실험결과와 가설의 검증, 다중 스케일 계산, 다중 물리학의 계산, 다수의 자료의 조합 계산, 실험 융합 계산, 안전기술과 열화 예측 등의 기술 리스크 등 다양한 연구와 다양한 산업분야에서 실용성을 높이고 계속 발전될 것이다. 강력한 시뮬레이션 기술과 양자론에 근거하는 멀티 스케일, 멀티 물리학의 계산화학은 차별화된 방법으로 널리 활용될 것으로 기대되며 본고가 관련분야 연구에 도움이 될 것으로 기대한다.

저자

Akira Miyamoto, et al

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2013

권(호)

77(6)

잡지명

化學工學

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

382~986

분석자

이*옹

분석물

• 양자화학이 만들어 내는 새로운 화학공학.pdf [369,631 byte]

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