초록 ▼

본 연구에서는 자연계에서 관찰되는 다양한 비선형 현상에 대한 이해와 기초적인 응용을 위해 화학반응에서의 비선형적인 현상에 대해 연구하는 것을 목표로 하였다. 자연계의 다양한 비선형 현상으로는 주기적 또는 비주기적인 변화를 반복하는 진동 시스템이 있으며, 얼룩말의 주기적인 색깔변화와 같은 특정 패턴 생성, 그리고 복잡한 기후변화와 같은 카오스 현상도 있다. 화학반응은 인간의 생명현상과 밀접한 연관이 있으며 아울러 인간이 사용하는 대부분의 소재나 재료는 화학반응을 통해 얻어지므로 화학반응을 통한 다양한 자연 현상의 이해와 이의 응용은

본 연구에서는 자연계에서 관찰되는 다양한 비선형 현상에 대한 이해와 기초적인 응용을 위해 화학반응에서의 비선형적인 현상에 대해 연구하는 것을 목표로 하였다. 자연계의 다양한 비선형 현상으로는 주기적 또는 비주기적인 변화를 반복하는 진동 시스템이 있으며, 얼룩말의 주기적인 색깔변화와 같은 특정 패턴 생성, 그리고 복잡한 기후변화와 같은 카오스 현상도 있다. 화학반응은 인간의 생명현상과 밀접한 연관이 있으며 아울러 인간이 사용하는 대부분의 소재나 재료는 화학반응을 통해 얻어지므로 화학반응을 통한 다양한 자연 현상의 이해와 이의 응용은 매우 중요하다. Belousov-Zhabotinsky(BZ)반응은 주기적 또는 비주기적으로 진동하는 반응으로 화학적 진동반응의 대표적인 시스템이 되었으며, 자연계의 비선형 현상과 심장박동 및 신경세포의 전위파와 같은 여러 생체 현상을 이해하는데 많은 도움을 주고 있다. 하지만 유기 환원제로 말론산을 사용하는 BZ 반응에서는 말론산이 산화되는 과정에서 이산화탄소 기체에 의한 거품이 생성되므로 화학적인 진행파와 같은 세밀한 시간-공간상의 현상을 연구하는데는 어려움이 있다. 이에 말론산을 대체할 수 있는 유기 환원제에 대한 연구가 진행되고 있으며 대표적인 대체 유기물이 1,4-cyclohexanedione(1,4-CHD)와 같은 다이 케톤 고리 화합물이다. 이 경우의 반응 시스템을 변형된 BZ 반응이라 부르는데 본 연구에서는 변형된 BZ 반응 시스템에서 아직 연구가 제대로 이뤄지지 않은 화학적인 진행파의 특성에 대해 집중적으로 연구면서 관련 비선형 현상에 대한 연구를 수행한다. 연구방법은 안정적인 진행파를 관찰하기 위해 용액상태의 균일계에서 실험하지 않고 양이온 교환수지를 매체로 한 불균일 시스템에서 진행파의 특징을 관찰한다. 변형된 BZ반응 시스템에서 화학반응과 물리적인 확산현상과 상호작용하여 만들어내는 시간에 따라 변화하는 화학적인 진행파의 특성을 실험하고 해석하는 본 연구를 통해 몇 가지의 중요한 성과를 얻을 수 있었다. 첫번째로는 아직 많은 연구가 이뤄지지 않은 1,4-CHD를 유기환원제로 사용하는 본 반응 시스템에서 매우 특이하게 진행하는 화학적인 진행파를 발견할 수 있었다. 본 반응 시스템에서는 특이하게 처음 생성된 파가 소멸된 후 일정 시간의 휴식기간을 가진 뒤 새로운 파가 자발적으로 생성되었다. 그런데 두 가지 파의 패턴이 전혀 달랐다. 이러한 결과는 아직 어느 반응 시스템에서도 보고된 바가 없으며 이에 대한 세부적인 연구는 화학적인 진행파의 특성을 이해하는데 많은 도움을 줄 수 있다. 두 번째로는 이 반응 시스템에서 특이하게 얻어지는 진행파를 해석할 수 있는 화학적인 반응메카니즘을 스스로 구축하였다. 세 번째로는 화학적인 진행파와 유사한 원리에 의해 진행되는 열전면 고분자 반응에 대한 기초적인 연구를 할 수 있었으며 이를 통해 몇 가지의 고분자 물질을 간단한 과정에 의해 합성할 수 있었다.

Abstract ▼

In this work, we have studied nonlinear phenomena in chemical reaction in order to understand various nonlinear phenomena observed in natural system, and to apply it to the various complex system including life system and new materials synthesis. We can come in contact with nonlinear phenomena easil

In this work, we have studied nonlinear phenomena in chemical reaction in order to understand various nonlinear phenomena observed in natural system, and to apply it to the various complex system including life system and new materials synthesis. We can come in contact with nonlinear phenomena easily in a periodic or an aperiodic rhythimic change of life, in a spotted animal like as zebra by self-organization pattern formattion, and in the complex chaos phenomena, respectively. The BZ reaction has been applied variously to understand nonlinear phenomena in natural system and to understand nonlinear phenomena in life system such as heart beating and neural dynamics. However, the BZ reaction with malonic acid as a reductant has a drawback, which is producing carbon dioxide gas bubbles in the oscillation reaction. Therefore, the diketonic compound such as 1,4-CHD is well known for being suitable for the gas-free oscillating reaction. In this work the characteristics of chemical travelling wave in the modified BZ reaction system using 1,4-CHD instead of malonic acid have been studied in detail. The experiments for this work were carried out on the ferroin immobilized cation-exchange resin system. The mechanistic interpretation of the reaction system producing characteristic wave propagation has been obtained by many experimental results of this work. We have obtained several important research results through this work on the chemical travelling wave being induced by coupling of chemical reaction and diffusion in modified BZ reaction system. At first, we have obtained a characteristic wave propagation in the reaction system, which has not been reported yet. It is in the fact that two different waves have been obtained in one reaction system although only one wave has been formed in the general BZ reaction. And the two waves obtained in the reaction system were different completely in propagating wave pattern. Secondly, we have developed a reaction mechanism for understanding the characteristic propagating wave pattern in the reaction system. Thirdly, we could done a basic study on frontal polymerization whose propagating mechanism is similar with the chemical travelling wave. By the study we could synthesize some polymers with a simple process.

목차 Contents

• I. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• II. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• III. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...17
• 3. 결과 및 고찰...28
• 4. 결론...42
• 5. 인용문헌...43