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[국내논문] 고분자 재료 물성 연구를 위한 분자 전산 모사 방법
Molecular Simulation Methods for Investigating the Physical Properties of the Polymer Materials 원문보기

고분자 과학과 기술 = Polymer science and technology, v.25 no.6, 2014년, pp.493 - 497  

조현우 (Department of Chemistry, Sogang University) ,  성봉준 (Department of Chemistry, Sogang University)

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문제 정의

  • 고분자 재료의 성질도 다양한 거리 및 시간 척도에서 일어나는 물리/화학적 현상들의 복합적 결과물이다. 카본 나노 튜브(carbon nanotube, CNT)와 고분자의 혼합물인 고분자/CNT 복합체의 전기전도성을 예로 들어보자(그림 1). 복합체의 전기전도성은 CNT 분자의 전기적 특성에 영향을 받는다.
  • 본 글에서는, 고분자 재료의 물성을 연구할 수 있는 전산모사 방법을 시간 및 거리 척도에 나누어 소개 하고, 최근 시도되고 있는 고분자 재료의 물성 연구를 위한 다중 척도(Multiscale) 전산 모사 방법에 대해 간략하게 소개하려고 한다.
  • 고분자 재료의 물성을 다중 척도에서 이해하려고 하는 노력 또한 최근 이루어지고 있으며, 이러한 접근 방법에 대한 관심이 더욱 커질 것이라 전망된다. 고분자의 물성을 다중 척도로 이해하기 위한 두 가지 접근 방법을 간략히 소개하고자 한다.
  • 따라서, 고분자 재료의 물성을 이해하기 위해서는 여러 거리 및 시간 척도에서의 재료의 물성을 종합적으로 이해하는 것이 중요하다. 본 글에서는 이를 위한 다양한 분자 전산 모사 방법에 대해 소개하였으며, 분자 전산 모사 방법뿐만 아니라 다양한 접근법이 다양한 거리/시간 척도의 현상을 이해하기 위해 사용되고 있다. 양자 역학적인 방법을 이용해 고분자의 전자 구조를 연구할 수 있며, 미시적 분자 모델을 이용해 원자들의 상호작용과 동역학 및 구조적 특성을 분석해낼 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존 전산 모사의 한계를 극복하는 새로운 방법을 고안한 사람은? 반대로, 고전 역학으로 접근하고자하면 더 큰 거리 척도에서 일어나는 현상을 설명할 수 있겠지만, 전자구조나 전자전이 등이 재료의 물성에 미치는 영향을 이해하는 데에는 도움을 줄 수 없다. 마틴 카플러스(Martin Karplus), 마이클 레빗(Micheal Levitt), 그리고 아리 워셸(Arieh Warshel)은 양자 역학적 방법과 고전 역학적인 방법을 접한한 계산 방법을 이용해 기존의 전산 모사가 갖고 있던 한계를 극복하고자 하였고, 그 공로를 인정받아 2013년 노벨 화학상을 수상하였다. 그들이 제시한 여러 시간 및 거리 척도에서 물질의 특성을 기술 하는 새로운 접근 방법은, 고분자를 비롯한 물질의 성질을 이해하는 데 널리 응용될 것이라 예상된다.
양자역학을 통해 묘사할 수 있는 현상은? 이러한 다양한 거리 및 시간 척도에서 나타나는 입자들의 물리, 화학적 특성이 물질 전체의 성질에 어떤 영향을 미칠까? 이제까지 제시되어왔던 전산 모사 방법은 이 질문에 대한 답을 제시하는데 한계가 있다. 양자역학을 통해서는 옴스트롱 척도에서 일어나는 현상을 묘사할 수 있겠지만, 보다 큰 거리 척도에서 일어나는 현상을 설명하기에는 현실적인 한계가 있다. 반대로, 고전 역학으로 접근하고자하면 더 큰 거리 척도에서 일어나는 현상을 설명할 수 있겠지만, 전자구조나 전자전이 등이 재료의 물성에 미치는 영향을 이해하는 데에는 도움을 줄 수 없다.
Hartree Fock, density functional theory(DFT)와 같은 슈레딩거 방정식을 푸는 다양한 방법을 이용해 계산할 수 있는 것은? 수많은 전자로 이루어진 분자의 슈레딩거 방정식을 정확하게 푸는 것은 불가능하기 때문에, Hartree Fock, density functional theory(DFT) 와 같은 근사를 이용해 슈레딩거 방정식을 푸는 다양한 방법들이 널리 이용되고 있다. 이러한 방법을 이용해 바닥상태에서의 분자 구조, 화학 반응에서의 전이상태 구조, 반응 속도 상수, 전자기파에 의한 전자의 전이 등을 계산해 낼 수 있고, 이 결과들은 실험 결과를 이해하고 해석하는데 많은 도움을 주고 있다.
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