Potential Energy Surface(PES)를 양자 계산을 통해 알아내는 것은 화학 반응을 이해하는 데에 큰 도움이 된다. 이를테면 Transition State(TS)의 configuration을 알 수 있고, 따라서 reaction path와 활성화 에너지 값을 예측하여, 진행시키고자 하는 화학반응의 이해를 도울 수 있다. 하지만 PES를 그리기 위해서는 해당 분자의 다양한 configuration에 대한 singlet point energy 계산이 필요하기 때문에, 계산적인 측면에서 많은 비용을 요구한다. 따라서 product와 reactant의 구조와 같은 critical point의 정보를 이용하여 최소한의 configuration을 sampling하여 전체 PES를 재구성하는 기계학습 알고리즘을 개발하여 다차원 PES 상에서의 화학반응의 예측을 가능하게 하고자 한다. 본 연구에서는 Barbaralane의 두 안정화 된 구조의 critical point로 하여 이 주변을 random normal distribution하여, B3LYP/6-31G(d) level의 DFT 계산을 통해 relaxed scanning하여 구조와 에너지를 구하였으며, 이 정보를 Support Vector Regression(SVR) 알고리즘을 적용하여 PES를 재구현하였으며, 반응경로와 TS의 구조 그리고 활성화 에너지를 구하였다. 또한 본 기계학습 알고리즘을 바닥상태에서 일어나는 반응이 아닌, 들뜬 상태와 전자 구조가 변하는 화학반응, avoid crossing, conical intersection과 같은 Non-adiabatic frame에서 일어나는 현상에 적용 가능성을 논하고자 한다.

양자화학 (quantum chemistry)을 처음 접했을 때, 이전까지의 고전역학 (classical mechanics)에 익숙한 대다수의 학생들은 양자화학을 받아들이는 데 어려움을 겪는다. 모형계에 양자역학 (quantum mechanics)을 직접 적용하여 봄으로써 생소한 양자 개념에 대한 이해를 도울 수 있다. 본 논문에서는 양자동역학 (quantum dynamics)을 수치적으로 구현하는 계산 프로그램을 모형계에 적용하여 양자 개념을 설명할 수 있는 몇 가지 예를 보이고자 한다. 1 차원 시간의존 슈뢰딩거 방정식 (1-D time-dependent $Schr{\ddot{o}}dinger$ equation)의 해를 얻어 양자동역학을 구현하였으며, 그에 해당하는 고전동역학은 뉴턴 방정식 (Newton's equation)의 해로 얻어졌다. 조화 진동자 퍼텐셜 (harmonic oscillator potential), 모스 진동자 퍼텐셜 (Morse oscillator potential), 이중 우물 퍼텐셜 (double-well potential), 네모 퍼텐셜 장벽 (rectangular potential barrier), 그리고 에카트 퍼텐셜 (Eckart potential)에 대한 계산을 수행하였다. 두 가지 동역학을 비교하기 위하여 계산 결과의 시각화 (visualization)를 이용하고 동역학 특성의 차이를 비교하는 차별화 (differentiation)를 강조한다. 영점에너지 (zero-point energy), 위상어긋남 (dephasing), 터널링 (tunneling), 그리고 반사 (reflection) 현상과 같은 양자동역학의 특징을 고전동역학과 비교함으로써 직관적인 이해를 도울 수 있었다. 이러한 결과는 양자화학에 입문하는 학생들을 대상으로 쓰일 수 있는 효율적인 강의 모델을 제시할 것으로 기대한다.

G-quadruplex를 형성하는 DNA연속체는 텔로미어에서 발견된다. 지금까지의 연구 결과에 따르면 G-quadruplex는 다양한 유전질환과 암과의 상관관계가 있으며, 따라서 G-quadruplex에 대한 연구는 제약 개발 분야에서 활발하게 진행되고 있다. G-quadruplex는 두 개 이상의 G-tetrad들이 쌓여서 형성된 복합체를 의미하며, G-tetrad란 4개의 구아닌 염기들이 Hoogsteen의 수소결합 통해, 정사각형의 평면을 이룬 물질을 일컫는다. 이때, 알칼리 금속 이온이 G-quadruplex에서의 G-tetrad 복합체 형성에 중요한 역할을 한다는 선행연구 결과가 있다. 특히, 알칼리 금속 중 $K^+$이 가장 G-quadruplex와 결합을 잘 한다고 알려져 있는데 그 이유에 대한 분자적 관점의 설명이 이루어져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 먼저 G-quadruplex의 기본 구성 단위 구조인 G-tetrad와 알칼리 금속 결합체들의 수용액상에서의 구조적, 열역학적 특징을 정량적으로 비교, 분석하였다. 또한, 양자화학적 방법으로 계산된 수용액 상태에서의 결합구조에 대한 용매화 자유 에너지 계산을 수행하여 G-quadruplex 간의 자기 조립 (self-assembly) 현상을 설명하였다.

산성비의 주요 원인인 이산화황($SO_2$)을 배기가스로부터 효과적으로 제거하기 위한 용매 중 이온성 액체(ionic liquid, IL)의 $SO_2$ 흡수능 (absorption capacity)을 양자화학적 방법을 이용하여 평가했다. 이를 위해 hydroxyl ammonium 계열의 양이온 monoethanolammonium, diethanolammonium 2종과 carboxylate 계열의 음이온 acetate, formate 2종을 조합하여 총 4종의 IL을 연구에 적용했다. $SO_2$가 IL의 pair, 양이온 또는 음이온과 complex를 형성할 때로 구분하여 계산 모델을 세웠으며, 열역학적 상태 변화와 오비탈 상호작용 분석을 통해 흡수능을 평가하였다. 계산 결과, 음이온-$SO_2$ complex를 적용했을 때 formate에 비해 acetate가 $SO_2$ 흡수에 유리할 것으로 분석되었으며, 이는 이전의 실험 연구에서 얻어진 흡수능 경향성과도 잘 맞는다.

온실가스 증가로 인한 지구온난화 문제가 범세계적인 문제로 대두되고 있는 가운데, 특히 온실가스 중 약 76%이상을 차지하는 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수제 개발에 여러 국가들이 심혈을 기울이고 있다. 그 중 이산화탄소 흡수제로 가장 상용화 되어 있는 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)은 분자량이 작아 몰 농도비에 따른 이산화탄소의 흡수에 유리하고 반응속도가 빠르다는 장점이 있으나, 재생에 필요한 에너지가 높다는 단점이 존재한다. 수용액중에서 MEA가 $CO_2$를 흡수하는 반응의 반응자유에너지는 반응메카니즘을 이해하는데 가장 기본적인 도구이다. 본 연구에서는 B3LYP, M06-2X의 밀도범함수를 이용하여 MEA의 $CO_2$ 흡수반응의 반응자유에너지를 계산하는 계산모델을 선정하였다. 수용액에서 MEA가 $CO_2$를 흡수하는 반응의 반응자유에너지를 밀도범함수를 이용하여 계산할 때는, 수용액상태에서 화학종의 분자구조를 최적화하는 것이 필요하였다. 또한 M06-2X 밀도범함수가 B3LYP 밀도범함수보다 좋은 결과를 주었으며, 분산보정을 하는 것이 보다 좋은 결과를 주었다.

Predicting protein loop structures is an important modeling problem since protein loops are often involved in diverse biological functions by participating in enzyme active sites, ligand binding sites, etc. However, loop structure prediction is difficult even when structures of homologous proteins are known due to large sequence and structure variability among loops of homologous proteins. Therefore, an ab initio approach is necessary to solve loop modeling problems. One of the difficulties in the development of ab initio loop modeling method is to derive an accurate scoring function that closely approximates the true free energy function. In particular, entropy as well as energy contribution have to be considered adequately for loops because loops tend to be flexible compared to other parts of protein. In this study, the contribution of conformational entropy is considered in scoring loop conformations by employing "colony energy" which was previously proposed to estimate the free energy for an ensemble of conformations. Loop conformations were generated by using two EDISON_Chem programs GalaxyFill and GalaxySC, and colony energy was designed for this sampling by tuning relevant parameters. On a test set of 40 loops, the accuracy of predicted loop structure improved on average by scoring with the colony energy compared to scoring by energy alone. In addition, high correlation between colony energy and deviation from the native structure suggested that more extensive sampling can further improve the prediction accuracy. In another test on 6 ligand-binding loops that show conformational changes by ligand binding, both ligand-free and ligand-bound states could be identified by using colony energy when no information on the ligand-bound conformation is used.

본 연구에서는 비선형 Poisson-Boltzmann 식의 해를 구할 수 있는 웹 기반 EPBS를 이용하여 이온채널의 전하 분포와 유전률이 이온채널의 이온선택성에 미치는 영향에 대해 알아본다. 모델로 사용한 이온채널은 이온채널과 유사한 구조를 갖는 합성 단백질인 고리형 펩타이드 나노튜브와 자연계에 존재하는 Gramicidin A 이다. 계산 결과로부터 용매인 물과 단백질의 유전율 차이에 의해 이온이 이온채널을 통과할 때 반응장이 생성되며, 이는 이온과 상호작용을 통해 이온 종류에 관계없이 이온 통과를 방해하는 에너지 장벽을 형성함을 알 수 있다. 한편, 두 이온채널 부분 전하, 특히 골격에 존재하는 카르보닐기의 쌍극자 모멘트에 의해 이온채널 내부에는 0 보다 작은 정전기 퍼텐셜이 형성된다. 이온채널 내부의 총 정전기 퍼텐셜은 이온채널의 부분 전하에 의한 정전기 퍼텐셜과 유전률 차이에 의한 반응장의 합으로 나타나며, 계산 결과 0 보다 작은 값을 갖는다. 이로부터 본 연구에서 사용된 두 종류의 이온채널이 양이온에 선택성이 있음을 알 수 있다.

나노 규모의 좁은 공간에서는 분자들과 벽면과의 상호작용이 커서 분자들의 거동에 큰 영향을 준다. 이와 관련하여 최근에 나노슬릿 (nano-slit)이나 나노채널(nano-channel)과 같은 제한된 공간(confined geometry)에서 DNA의 구조적, 동역학적 거동에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 연구에서 모티브를 얻어 많은 입자들(spheres)로 이루어진 나노슬릿(nano-slit)사이에 Leonard-Jones potential을 따르는 용매분자들과 고분자가 들어있는 시스템을 구성하여 고분자의 동역학에 관해 연구하고자 하였다. 이때 슬릿(slit)은 약간의 탄성 포텐셜을 가지는 경우와 완전히 고정되어서 움직이지 않는 경우로 나누어 실행하였다. 더불어 고분자의크기, 용매의 종류, slit 사이의 간격 등의 변화가 고분자의 동역학에 어떤 영향을 주는지 살펴보았다. 이를 통해 환경적 조건에 따른 나노슬릿(nano-slit)에서 고분자의 움직임의 양상을 이해할 수 있었다.

Hydrophobicity is the key concept to understand the role of water in protein folding, protein self-assembly, and protein-ligand interaction. Conventionally, hydrophobicity of amino acids in a protein has been argued based on hydrophobicity scales determined for individual free amino acids, assuming that those scales are unaltered when amino acids are embedded in a protein. Here, we investigate how the hydrophobicity of constituent amino acids depends on the protein context, in particular, on the total charge and secondary structures of a protein. To this end, we compute and analyze the hydration free energy - free energy change upon hydration quantifying the hydrophobicity - of three short proteins based on the integral-equation theory of liquids. We find that the hydration free energy of charged amino acids is significantly affected by the protein total charge and exhibits contrasting behavior depending on the protein net charge being positive or negative. We also observe that amino acids in the central ${\beta}$-strand sandwiched by ${\beta}$-sheets display more enhanced hydrophobicity than free amino acids, whereas those in the ${\alpha}$-helix do not clearly show such a tendency. Our results provide novel insights into the hydrophobicity of amino acids, and will be valuable for rationalizing and predicting the strength of water-mediated interaction involved in the biological activity of proteins.

We investigate dissociation of diatomic molecules and anions using density functional theory (DFT) and density-corrected density functional theory (DC-DFT). We scan the potential energy curve of CH, NH and NO neutral molecule and its anion with both DFT and DC-DFT (in form of Hartree-Fock DFT, HF-DFT) using various functionals. Using CCSD(T) results as reference, we perform the error decomposition scheme recently proposed by Kim et al. The results show while most neutrals are $functio{\acute{n}}al$ error $domi{\bar{n}}ating$ normal calculations, $CH^-$ and $NO^-$ anions are density-driven error dominating abnormal calculations. In case of $NH^-$, traditional DFT goes to a wrong dissociation limit indicating abnormality, but both HF-DFT and CCSD(T) results need further investigation due to the kinks on the curve.

Hard-Soft Acid-Base (HSAB) 이론은 일반적인 유기, 무기반응의 반응성을 설명하는데 사용되어 왔다. 밀도범함수이론(DFT)을 기반으로 한 계산을 통하여 반응을 기술하기 위해 필요한 화학 퍼텐셜, global/local hardness/softness와 Fukui 함수 등을 얻을 수 있다. B3LYP 수준 하에서 DFT 양자계산을 이용하여 유기 반응을 분석했을 때 local HSAB 이론의 적용여부와 장단점을 알아보고자 하였다. 1-subtituted 다이엔과 비대칭 친다이엔체를 이용한 딜스-알더 반응의 경우 local HSAB 이론을 적용시켜, 오쏘 이성질체가 주 화합물인 이유를 설명할 수 있었다. 작용기를 변화시켰을 때 나타나는 차이점에서 규칙적인 경향성을 볼 수 없다는 사실을 통해서 전자, 입체 효과로 딜스-알더 반응을 분석할 수 없었던 이유를 이해할 수 있었다. Thiocyanate 음이온의 알킬화 반응의 경우 local HSAB 이론을 적용시켰을 때, 얻은 값을 통해서 반응 지점의 선호도를 예측할 수 없었는데 이는 thiocyanate를 생성하는 반응이 속도론적 지배 하에서 우세하는 반응이기 때문이다.

Peptide bond hydrolysis는 세포 내외의 생화학반응에 있어서 핵심이다. 하지만 amide Hydrolysis Mechanism은 아직 명확하게 규명되지 않았다. pH가 중성인 물에서의 비 촉매 가수분해가 발생하는 몇몇 실험적 증거가 있지만, 해당 반응 매커니즘은 4 가지(non-assisted concerted, non-assisted step-wise, assisted concerted, assisted step-wise)로 여전히 논란이 있다. 이번 연구에서는, Formamide의 가능한 Hydrolysis Mechanism을 자세히 연구해보고자 한다. 먼저, Ab-initio 계산을 통해 4가지 반응 메커니즘의 다시 한번 확인하고, quantum chemical calculations과 quantum mechanical molecular dynamic이 결합된 (QMMD) simulation을 통하여 water solvent에서의 반응 메커니즘의 에너지관계를 규명하였다. 결론적으로 아직 계산이 끝나지 않은 supported concerted mechanism을 제외한 모든 계산에서 non-supported, supported 두 system 모두에서 step-wise가 일어나기 쉬웠고, non-supported 보다 supported mechanism이 선호됨을 보였다. Intermediate인 amino-gem-diol의 수용액 상에서 안정화 또한 나타났다. 이는 Ab-initio 계산만 통해서는 정확하게 산출할 수 없는 엔트로피의 영향을 잘 보여준다.

거친 표면 위에서 물방울은 Wenzel (WZ) 상태와 Cassie-Bexter (CB) 상태로 존재할 수 있으며, 특히 돌기 사이를 채우고 있는 물 분자의 상태 (액체 또는 기체)로 물방울이 어떤 상태인지를 알아 낼 수 있다. 본 연구에서는 열역학적 이론과 격자 기체 기반의 몬테카를로 방법을 사용하여 표면 위에 존재하는 돌기의 크기와 모양이 돌기 사이에서 일어나는 물 분자의 액체-기체 상전이에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 돌기의 너비와 높이가 일정한 비율을 유지하고 있을 경우, 직육면체 (Square) 돌기의 경우 그 크기가 커질수록 CB 상태로의 상전이가 잘 일어나는 반면, 원통형 (Circular) 돌기의 경우 매우 큰 크기에서 더 이상 CB 상태로의 상전이가 일어나지 않는 것을 확인하였다.

이 연구에서는 Lennard-Jones (LJ) particle을 이용하여 상분리 현상을 이해하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 초기에 균일하게 분포되어 있는 LJ 입자들을 시뮬레이션 하면 상대적으로 dense phase와 dilute phase로 상분리 현상이 일어나게 된다. 상분리 현상의 첫 번째 단계를 핵 생성 (nucleation) 이라고 한다. 본 연구에서는 Brownian Dynamics (BD) Simulation과 Molecular Dynamics (MD) Simulation을 이용하여 상평형 그림을 구하고 초기에 일어나는 LJ 입자들의 nucleation rates를 구하였다.

Kinetically constrained models (KCM) have attracted interest as models that assign dynamic origins to the interesting dynamic properties of supercooled liquid. Signs of dynamic heterogeneity in the crossover model that linearly interpolates between the FA-like symmetric constraint and the East model constraint by asymmetric parameter b were investigated using Monte Carlo technique. When the asymmetry parameter was decreased sufficiently, smooth fragile-to-strong dynamic transition was observed in terms of the relaxation time, diffusion constant, Stokes-Einstein violation, and dynamic length scale. Competition between energetically favored symmetric relaxation mechanism and entropically favored asymmetric relaxation mechanism is behind such transition.

환경 오염에 대한 우려의 목소리가 높아지면서 Green chemistry 분야가 각광을 받고 있다. 이 분야에서는 환경에 영향을 적게 미치기 위한 방법의 일환으로 촉매를 연구하며, 그 촉매는 착화합물인 경우가 많다. 그러나 착화합물 내에서 리간드와 금속 이온간의 결합은 예측하기 어렵다. 이는 전형금속보다는 전이금속에서 더욱 심하며, 그 중 한 예로 전이금속에서는 여러 개의 금속 이온이 서로 직접적으로 결합한 채 리간드와 결합하는 착화합물이 발견되기도 한다. 다중 금속 착화합물(Multimetal Complex)로 부르는 이러한 구조는 특유의 복잡함 때문에 잘 알려져 있지 않음에도 불구하고 착화합물의 물리적, 화학적 성질에 직접적으로 영향을 주기에 촉매나 센서, 특히 이를 이용하여 구조체를 만드는 MOF(Metal-Organic Framework) 분야에서는 꼭 알고 있어야 하는 사항이다. 이 연구에서는 GAMESS로 density functional theory (B3LYP functional)를 이용한 양자계산을 수행하여 그 중 가장 간단한 구조인 Dimetal Complex, 그 중에서도 MOF 내에서 많이 발견되는 수차 형태(Paddle wheel) 착화합물에 대해서 다루었다. Cu를 기준으로 그와 비슷한 주기나 족에 있는 Ru, Ag, Zn 등의 금속으로 만든 Paddle wheel 구조의 에너지를 비교하여 Cu가 다른 금속에 비해 이 구조를 안정하게 형성할 수 있는 이유를 알아보았다. 더 나아가 이 구조가 MOF의 형성과 성질에 어떠한 연관성이 있는지 분석함으로써 어떠한 조건이 MOF의 성질을 극대화시킬 수 있는지도 알아보았다.

금속을 포함한 분자에 대한 양자계산은 정확하고 일관된 결과를 얻기가 힘들 뿐만 아니라 상당한 컴퓨터 자원을 소비하며 많은 시간이 소요된다. 본 연구에서는 복잡한 양자계산의 근사를 위한 방법으로 본래 정성적인 구조 예측에 사용되는 닮은 궤도함수분석(Isolobal Analysis)을 정량적인 측면에서 접근해보고, 이를 통해 닮은 궤도(Isolobal) 구조를 가지고 있는 단위들(radical 등)에 대해서 계산을 근사할 수 있는 방법에 대해 논의한다. $CH_3$, $CH_2$와 닮은 궤도 구조를 가진 전형 원소를 중심으로 하는 분자들에 대해 가장 기초적인 근사계산인 Hartree-Fock 양자계산을 수행하였다. $(CUH_5){_2}^{2-}$를 표적으로 결합 구조를 예측하기 위한 경향성을 계산한 결합 성질로부터 파악한다. 분석 결과 동일한 주기에 대해서는 원자반지름(Atomic radii)에 대해 조화 형태의 결합에너지가 얻어졌으며, 동일한 족에 대해서는 좋은 근사가 되지 않았다. 파악된 경향성을 바탕으로 금속의 결합을 근사한 에너지에 대해서는 -1054.1875 kJ/mol로 비교적 큰 오차를 보였으나, 오차 항에 대한 분석이 가능해 추가적인 계들에 대한 계산으로 근사를 교정할 수 있을 것으로 보인다.

6종의 Intermediate filament 중 type IV인 Neurofilaments (NFs)는 신경세포에 존재하는 세포골격세사로 heavy NF(NF-H), medium NF(NF-M), light NF(NF-L) 세가지의 분자 질량 단백질로 구성되어 있다. NF의 side arm은 interfilament spacing과 axonal caliber를 조절하는 중요한 역할을 한다고 생각되어왔다. 또한 이에 대해서 각각의 protein의 역할은 알아내기 위해 isolated NF의 형태와 구조에 대해 많은 연구가 이루어졌는데, NF의 구조적 특성은 NF sidearm의 tail 부분에서 phosphorylation의 정도에 따른 Lys-Ser-Pro(KSP) repeats의 charge distribution을 통해 알 수 있다. 지금까지 NF에 대한 많은 연구가 이루어졌지만 인간에 한해서만 진행되었다. 그렇기 때문에 본 연구에서는 주어진 amino acid sequence와 각 species의 NF-H:NF-M:NF-L의 비율의 정보를 이용하여 The constant-NVT ensemble MC simulation을 통해 인간뿐만이 아닌 다른 species에 대한 NF의 구조적 특성을 알아보고자 한다.

Deposition of amyloid-${\beta}$ ($A{\beta}$) proteins is the conventional pathological hallmark of Alzheimer's disease (AD). The $A{\beta}$ protein formed from the amyloid precursor protein is predominated by the 40 residue protein ($A{\beta}40$) and by the 42 residue protein ($A{\beta}42$). While $A{\beta}40$ and $A{\beta}42$ differ in only two amino acid residues at the C-terminal end, $A{\beta}42$ is much more prone to aggregate and exhibits more neurotoxicity than $A{\beta}40$. Here, we investigate the molecular origin of the difference in the aggregation propensity of these two proteins by performing fully atomistic, explicit-water molecular dynamics simulations. Then, it is followed by the solvation thermodynamic analysis based on the integral-equation theory of liquids. We find that $A{\beta}42$ displays higher tendency to adopt ${\beta}$-sheet conformations than $A{\beta}40$, which would consequently facilitate the conversion to the ${\beta}$-sheet rich fibril structure. Furthermore, the solvation thermodynamic analysis on the simulated protein conformations indicates that $A{\beta}42$ is more hydrophobic than $A{\beta}40$, implying that the surrounding water imparts a larger thermodynamic driving force for the self-assembly of $A{\beta}42$. Taken together, our results provide structural and thermodynamic grounds on why $A{\beta}42$ is more aggregation-prone than $A{\beta}40$ in aqueous environments.

최근 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 각광받고 있어 이를 개발하기 위한 좀 더 효율적이고 실용적인 OLED 구조의 예측이 필요해지고 있다. 본 연구는 가장 기초적인 OLED dye의 형태인 $Ru(bpy){_3}^{2+}$와 그와 유사한 구조의 발광 물질이 전기화학발광(ECL) 현상을 통해 방출하는 빛의 특성을 계산하는 것을 목적으로 한다. EDISON 화학 서버의 GAMESS 프로그램을 사용하여 $Ru(bpy){_3}^{2+}$와 유도체들의 바닥상태(ground state)와 첫 번째 들뜬 상태(first excited state)를 계산하였다. Basis set으로는 MINI와 3-21G 혹은 SBKJC를 사용하였다. 들뜬 상태 계산은 configuration interaction with single excitation(CIS)을 이용하여 단일항(singlet)과 삼중항(triplet) 상태에서 바닥과 들뜬 상태의 최적 구조에 대한 계산을 수행하였다. 다양한 방법으로 방출 파장을 계산한 결과를 바탕으로 $Ru(bpy){_3}^{2+}$와 다양한 유도체들의 에너지 계산에 어떤 방법이 효율적으로 적용될 수 있을지 탐색하였다. 같은 계산방법들이 중심 금속이 이리듐(Ir)인 분자에도 적용이 될 수 있을지 알아보기 위해 $lr(mppy)_3$에도 적용하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 방식은 시간을 절약하고 더 효율적인 $Ru(bpy){_3}^{2+}$ 유도체 계산에도 사용할 수 있을 것이다.

펩타이드 중합체의 이차 구조는 화학적, 생물학적 기능을 갖는 단백질 삼차 구조를 결정하는 중요한 구성요소이다. 이러한 단백질의 이차구조에 대한 정보는 치매, 광우병과 같은 단백질 응집관련 질병에서 응집유발 단백질의 형성과정 및 안정도와 밀접한 연관이 있다. 본 연구는 폴리알라닌을 모델 펩타이드로 선택하여, 이들의 가능한 7가지 이차구조들에 대한 구조적, 열역학적 특성을 계산화학방법을 통해 비교 분석하였다. 우선 기체상에서 7가지 구조들의 구조최적화를 통해 상대적 안정도를 비교하였고, 나아가 EDISON의 용매화 자유 에너지의 열역학적 계산방법을 통해 수용액상에서의 상대적인 안정도와 그 원인을 비교, 분석하였다. 특히, 기체상에서와 수용액상애서 폴리알라닌 이차구조들의 상대적 안정도가 바뀌는 원인에 대해, 폴리알라닌의 구조적 특징과 수소결합과의 상관관계를 통해 규명하였다. 본 연구에서 밝힌 단백질 이차 구조의 상대적 안정도 및 물과의 상관관계에 미치는 구조적, 열역학적 원인은 응집 유발 단백질에서 제시된 특정 이차 구조의 선택적 안정성에 대한 근거를 제시하며, 그 기작을 이해하는 중요한 단서를 제공한다.

Dipyrene-based fluorescent chemosensor(분자 1)가 개발되었다. 분자 1은 여러 금속이온 중 $Cu^{2+}$와 $Hg^{2+}$의 fluorescent chemosensor로서 센싱할 수 있고, excimer-switch off mechanism에 따라 $Cu^{2+}$와 $Hg^{2+}$ 금속이온을 감지한다. Ground state와 excited state에 대한 DFT와 TD-DFT 방법을 통해 분자 1의 $Hg^{2+}$에 대한 형광 turn on/off을 확인하고, 구조변화에 따른 molecular orbital을 계산하였다. 계산결과 분자 1은 excited state에서 excimer를 형성할 수 있으나 $1+Hg^{2+}$는 excimer를 형성하지 못함을 알 수 있었다. 여기서 우리는 분자 1과 $Hg^{2+}$ 금속이온 결합에 대하여 실험값과 비교 분석하여 그 메커니즘 조사하였다.

Bicarbonate anion ($HCO_3{^-}$) takes the role of major buffer systems in our body by maintaining the pH at 7.4. Epithelial $HCO_3{^-}$ secretion also hydrolyzes the mucus which protects body from noxious infections. It has been widely known that such infections are closely related to $HCO_3{^-}$ permeability through membrane and, thus, increasing the $HCO_3{^-}$ permeability is essential. To evaluate the $HCO_3{^-}$ permeability through ion channels, the free energy changes relevant to ion pumping are calculated with the Integral Equation Formalism-PCM (IEF-PCM) theory. Molecular structures of various anions including $HCO_3{^-}$ were optimized with the density functional theory at the level of B3LYP/6-311++G(d,p) in gas and solution phase. In addition, the anion permeability is significantly influenced by the relative size of the anion and pore. We introduce a shifted volume factor model that describes the pore size effect when the charged solutes transfer through ion channels. We found excellent agreement between experimental and calculated permeability when our novel model of the size effect was taken into account to.

분자동역학 모의실험을 이용하여 간단한 van der Waals 상호작용하는 이성분 혼합물 계의 섞임 자유에너지 및 섞임 엔트로피 등 섞임과 관련된 열역학 함수들을 계산하는 방법을 소개한다. 각 혼합물의 과잉 자유에너지는 열역학 적분 (thermodynamic integration)방법을 이용하여 계산하고, 이성분 혼합물의 섞임 관련 열역학 함수들은 Hess의 법칙을 확장함으로써 구한다. 계산 결과로부터 온도가 증가할수록 계의 섞임 Helmholtz 자유에너지는 감소하며, 섞임 내부에너지도 감소함을 알 수 있다. 섞임 엔트로피는 온도가 증가할수록 이상기체의 섞임 엔트로피에 접근함을 알 수 있다. 섞임 Helmholtz 자유에너지에 대한 섞임 내부에너지와 섞임 엔트로피 기여도를 조사한 결과 이 계의 섞임 과정을 주도하는 추진력은 엔트로피에 의한 것임을 알 수 있다. 본 연구 방법과 결과를 이용함으로써 학부생들이 혼합물의 열역학 성질을 이해하는데 도움을 주리라 기대한다.

원자 힘 현미경 (Atomic Force Microscopy, AFM) 탐침과 표면 사이의 좁은 공간에서 형성되는 나노미터 크기의 메니스커스는 AFM으로 측정하는 표면 이미지에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 격자 기체 기반의 몬테카를로 방법을 이용하여 계의 상대습도 변화에 따른 시스템의 크기와 표면의 곡률이 메니스커스의 모양 및 이로 인해 발생하는 모세관 힘에 미치는 영향을 알아 보았다. 일반적으로 시스템의 크기가 작을수록, 표면의 곡률이 클수록 (표면이 거칠수록), 메니스커스 폭은 좁아지고 모세관 힘이 줄어드는 것을 확인 하였다.

Trifluoromethylthiol functional group(이하 -SCF3)은 약학적으로 유용한 물질이다. 이 연구는 최근 개발된 Shibata의 Direct trifluoromethylthiolation reaction의 반응 메커니즘을 계산화학적으로 평가했다. 반응 메커니즘은 크게 Carbene formation, Rearrangement, Electrophilic SCF3 reagent generation 세 단계로 나눌 수 있다. 각 과정에 대해 구조에 대한 full optimization이 진행되었고, 특히 alpha-carbene sulfonyl species의 thermal rearrangement에 관한 첫번째 계산화학적 평가가 이루어졌다.

본 논문에서는 양자 역학적 분자 동역학(Quantum Mechanical/Molecular Mechanical-Molecular Dynamics, QM/MM-MD)을 통해 수용액에 녹아 있는 Potassium Thiocyanate의 dynamics를 연구했다. Umbrella sampling technique을 활용하여 association/dissociation에 해당하는 Free energy surface를 구했다. 두 개의 Free energy minimum이 녹아 있는 두 이온의 center of mass 사이의 거리가 $4{\AA}$일 때와 $5{\sim}6{\AA}$ 부근일 때 나타났으며 $4{\AA}$일 때 더 안정 했다. 본 논문에서는 $4{\AA}$일 때를 Contact Ion Pair(CIP) $6{\AA}$일 때를 Dissociation Ion Pair(DlP)라고 칭했다. 이 minimum들이 무엇인 지를 밝혀 내기 위해 추가 연구를 수행하였다. Free energy 상에서 가장 안정 할 때(CIP) solute인 Potassium thiocyanate의 구조를 살펴 봤더니 Potassium ion은 Thiocyanate ion의 Sulfur보다 Nitrogen side를 선호하였다. 그 원인을 알아보기 위해 salvation shell의 구조를 Radial distribution function을 통해 살펴 봤더니 물 분자가 Nitrogen보다 Sulfur와 더 강한 상호작용을 하고 있었다. 그로 인해 Potassium ion이 Nitrogen을 선호한단 결과가 나온 것이다. 한편, 두 번째 minimum은 물 분자가 Potassium 이온과 Thiocyanate 이온 사이에 flexible하게 bridging을 하는 구조였다. 또한 단순 양자 계산을 통해서도 비슷한 구조를 얻을 수 있었다. 그러나 QM 계산은 0K에서 수행하는 것이기 때문에 엔트로피 효과가 없는 계산이지만 본 연구는 온도 300K로 실제 용매와 가깝게 수행함으로써 고정되어 있는 구조가 아니라 엔트로피와 엔탈피가 균형적으로 존재하는 실제 용액 속에서의 구조를 처음으로 보여주는 것이다.

두 가지 서로 다른 원소를 포함한 나노 크기의 금속클러스터가 여러 화학반응의 효과적인 촉매로 각광받고 있다. 그래서 본 연구에서는 분자동역학을 이용하여 48개로 구성된 Au-Pd 나노 금속 클러스터의 다양한 구조와 상전이 현상을 살펴보고자 한다.

이 연구에서는 팔라듐 착물 $Pd(PPh_3)_2$을 사용한 bromotoluene과 morpholine간의 coupling reaction (Buchwald-Hartwig amination) 반응 메커니즘을 계산화학적 방법을 이용하여 연구하였다. 용매화 자유에너지를 고려한 중간체 에너지를 비교하였으며, 반응물질이 o-bromotoluene 일 때와 p-bromotoluene 일 때, 반응 중간체로 monophosphine 착물이 형성되는 경우와 bisphosphine 착물이 형성되는 경우를 비교하였으며, 반응 중간체로 bisphosphine 착물이 형성되는 경우 cis 이성질체가 중간체인 경우와 trans 이성질체가 중간체인 경우를 비교하였다. 그 결과, 반응물로 p-bromotoluene을 사용할 때 o-bromotoluene을 사용할 때보다 중간체가 상대적으로 더 안정하여 더 좋은 수득률을 얻을 수 있을 것으로 예상되었다. 또한 $Pd(PPh_3)_n(o-tolyl)(N(CH_2CH_2)_2O)$ (n=1 또는 2) 중간체를 제외하고는 모든 경우에서 bisphosphine 중간체가 형성되는 반응경로가 더 안정한 것으로 밝혀졌다. 그리고 $Pd(PPh_3)_2ArBr$의 경우 trans 이성질체가 cis 이성질체보다 안정하지만 $Pd(PPh_3)_2Ar(N(CH_2CH_2)_2O)$의 경우 반대로 cis 이성질체가 trans 이성질체보다 안정한 것으로 나타났다.

신약을 개발하거나 단백질 구조를 예측하는데 Molecular Mechanics (MM)의 방법을 사용한다. 하지만, MM 만으로는 자연현상에서 일어나는 결과를 정확하게 기술하기 어렵다. 본 연구는 기존의 MM 방법으로는 정확히 예측이 불가능한 비 공유결합 중 하나인 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 양자역학 계산을 통해 정확한 예측이 가능한지 보았다. ${\pi}-{\pi}$ interaction 이란 생체 내, 의약 화합물에서 발견되는 결합이기 때문에, 단백질과 결합하는 구조의 예측이 중요하다고 할 수 있다. 본 실험은 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 갖는 Sandwich, T shape, 그리고 Parallel displaced 세 가지 모형을 가지고 양자역학 계산을 수행하였다. 양자역학 계산은 DFT의 세가지 함수 M06_2X, M05_2X, B3LYP를 이용하였다. 실험결과에서 세 가지 함수가 각기 다른 결과를 보였는데, M06_2X의 결과에서 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 더 정확하게 계산하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 양자역학의 방법을 통해 MM에서는 예측이 불가능한 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 계산 할 수 있고 이 부분을 고려하여 화합물 간의 결합구조를 예측을 향상시킬 수 있다.

신약을 개발하거나 단백질 구조를 예측하는데 Molecular Mechanics (MM)의 방법을 사용한다. 하지만, MM 만으로는 자연현상에서 일어나는 결과를 정확하게 기술하기 어렵다. 본 연구는 기존의 MM 방법으로는 정확히 예측이 불가능한 비 공유결합 중 하나인 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 양자역학 계산을 통해 정확한 예측이 가능한지 알아보았다. ${\pi}-{\pi}$ interaction이란 생채 내, 의약 화합물에서 발견되는 결합이기 때문에, 단백질과 결합하는 구조의 예측에 중요하다고 할 수 있다. 본 실험은 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 갖는 Sandwich, T shape, 그리고 Parallel displaced 세 가지 모형과 각각의 모형 아래에 분자를 하나 더 쌓은 모형을 추가하여 양자역학 재산을 수행하였다. 양자역학 계산은 DFT의 세가지 함수 M06_2X, M05_2X, B3LYP를 이용하였다. 실험결과에서 세 가지 함수가 각기 다른 결과를 보였는데, 상대적으로 B3LYP의 경우에는 세가지 모델에서 모두 제대로 된 에너지 변화를 계산하지 못하였으며, M06_2X와 M05_2X의 결과에서는 거리에 따른 ${\pi}-{\pi}$ interaction 에너지의 변화를 정확하게 계산하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 양자역학의 방법을 통해 MM에서는 예측이 불가능한 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 계산 할 수 있고 이 부분을 고려하여 화합물 간의 결합구조를 예측을 향상시킬 수 있다.

Based on the first-principles computations, the nature of the microscopic geometry of the molecule-electrode contacts was addressed. The single-molecule junction was prepared by connecting hexanediothiolate (HDT) to Au(111) electrodes via one, two, and three Au adatoms having coordination number of one (CN1), two (CN2), and, three (CN3), respectively. The contact atomic structure and energy of the stretched Au-HDT-Au junction was observed. The analysis revealed that the contact geometry with lowest coordination number (CN1) is energetically more stable than CN2 and CN3.

In this study, we investigate atomic and electronic structure of graphene with substitutional impurities such as boron or nitrogen atom using density functional theory (DFT) calculations. To investigate the effects of substitutional impurities in graphene, we consider a ($6{\times}6$) supercell of graphene in our calculations. For detailed electronic properties of graphene, we compare the energy band structure of B- or N-doped graphene with that of pristine graphene.

나노스케일 MOSFET에서 leakage current는 중요한 이슈로서 $Si_{1-x}Ge_x$ alloy를 substrate로 사용할 경우 leakage current에 어떤 영향을 미칠 것인지 시뮬레이션을 통하여 알아보았다. $Si_{1-x}Ge_x$ alloy에서 Ge의 비율이 증가할수록 유효질량이 작아졌으나 conduction band minimum의 위치는 Si에 비해 상승하였다. 이로 인해 tunneling 확률이 증가하여 $Si_{1-x}Ge_x$ alloy를 substrate로 사용할 경우 leakage current를 더욱 증가시키게 되었다.

본 논문에서는 접합을 가지지 않는 Junctionless transistor (JLT)의 두께에 따른 특성 차이 및 기존의 MOSFET과의 특성 비교를 EDISON 시뮬레이터를 통해 확인을 하였다. JLT의 두께가 얇아짐에 따라 On/off 비율 측면에서 소자의 특성이 향상됨을 확인 하였으며, 기존 Inversion mode의 MOSFET과 비교하여 단 채널 효과 측면에서도 향상된 특성을 확인 할 수 있었다.

Half-metallic nanostructure is highly applicable in the field of Spintronics and electronic device technology. We examine the electronic properties of a ferrocene-based nanowire as a possible candidate for a half-metallic nanostructure using VASP and SIESTA. Ferrocene-based nanowire shows high stability in both binding energy simulation and molecular dynamics (MD) simulation. The density of states (DOS) and the projected DOS of the ferrocene-based nanowire indicate that one-dimensional clustering of ferrocene molecules can be explained because of p-d orbital hybridization between iron and carbon. Half-metallic property and energy dispersion at the Fermi level due to one-dimensional structure is also observed from the DOS results.

Perovskite 구조를 가진 코발트 산화물 $SrCoO_3$와 Brownmillerite 구조인 $SrCoO_{2.5}$의 electronic structure를 제1원리 계산을 통해 분석하였다. 이들의 magnetic structure를 계산하여 실험을 통해 알려진 값과 비교하였고, 각 구조에서 코발트 이온이 갖는 spin state를 확인할 수 있었다. 코발트 이온은 $SrCoO_3$에서 intermediate spin state(IS)를, $SrCoO_{2.5}$에서는 high spin state(HS)를 갖는데 이것이 lattice constant의 차이에 의한 것인지, 아니라면 차이의 원인은 무엇인지 density of state를 분석함으로써 알아보았다.

CMOS의 최종형태로써 Gate-All-Around(GAA) Silicon Nanowire(NW)가 각광받고 있다. 이 논문에서 NW FET(Field Effect Transistor)의 채널 길이와 NW의 폭과 같은 size에 따른 특성변화를 실제 실험 data와 NW FET 특성분석 simulation을 이용해서 비교해보았다. MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 소형화에 따른 쇼트 채널 효과(short channel effect)에 의한 threshold voltage($V_{th}$), Drain Induced Barrier Lowering(DIBL), subthreshold swing(SS) 또한 비교하였다. 이에 더하여, 기존의 상용툴로 NW를 해석한 시뮬레이션 결과와도 비교해봄으로써 NW의 size scaling에 대한 EDISON NW 해석 simulation의 정확도를 파악해보았다.

단층 $MoS_2$는 현재 트랜지스터나 LED등에 활용을 연구중인 물질이다. 단층 $MoS_2$의 밴드구조는 약 1.8eV의 직접 밴드갭을 보이는 반도체로 알려져있다. 이 물질을 소자에 활용할 때 고유의 1.8 eV 직접 밴드갭을 이용한다. 다양한 분야에 소자로 응용되기 위해서는 밴드갭을 조절이 필요하다. 그래서 $MoS_2$의 밴드갭을 조절하는 연구가 행해져 왔는데 그 중 하나가 수소흡착 방법이다. 수소를 단층 $MoS_2$에 흡착시키면 금속 밴드구조를 보인다고 알려져 있다. 본 연구에서는 DFT (Density Functional Theory) 계산을 통하여 밴드갭을 조절하는 다른 방법 중에 하나인 역학적인 힘에 의해 전기적인 특성의 변화에 대한 기초연구를 진행하였다. 단층 $MoS_2$에 in-plane 방향으로 isotropic strain을 주었을 때 밴드갭이 0.68 eV에서 1.89 eV까지 변하는 것을 확인했다. 우리는 단층 $MoS_2$는 약간의 strain에도 밴드갭크기가 다소 많이 변할 뿐만 아니라 직접 밴드갭이 간접 밴드갭으로 변하는 것을 보였다. 심지어 10%정도 strain을 주면 금속으로 변할 것으로 예상된다. 밴드갭이 변하는 성질을 이용하여 센서등 여러 어플리케이션에 단층 $MoS_2$를 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

In this work, we studied the interactions of the complexes of a DNA base inserted between graphene layers through density functional theory (DFT) calculations. We find that there exists the negligible energy barrier as well as robust and distinguishable electronic fingerprints during the translocation of the DNA bases. Our result shows that the bilayer graphene can be a possible candidate for the future-generation of DNA sequencing device platform.

Carbon Nanotube (CNT) have been intensively investigated since they have been considered as building blocks of nanoscience and nanotechnology. Theoretical and computational studies on CNTs have revealed their physical and chemical properties and helped researchers build various experimental devices to study them in depth. However, there have been only few systematic studies on detailed changes in electronic structures of CNTs due to geometrical structure modifications. In this regard, it is necessary to perform systematic investigations of the modifications in electronic structures of CNTs, as their geometrical configurations are altered, using the first-principles density functional theory. In other words, it is essential to determine the true equilibrium structure of CNTs. In this work, we considered the different atomic configurations by maintaining their symmetries, but changing all the inequivalent bonding types one by one. Furthermore, as for CNTs, for example, the way the graphene sheet is wrapped is represented by a pair of indices (n,m) and electronic structures of CNTs vary depending on different indices. Our results suggest all the significant couplings between electronic and geometric structures in CNTs.

쇼트키 장벽 모스펫(Schottky barrier MOSFETs : SB-MOSFETs)은 SB높이(${\Phi}_B$)에 매우 민감하다. 그래서 ${\Phi}_B$를 줄이는 공정 방법에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 ${\Phi}_B$를 측정할 때, SB-MOSFETs에서가 아닌 SB 다이오드에서 측정이 이뤄지고 있다. 본 논문에서는 ${\Phi}_B$를 SB-MOSFETs에서 측정 할 수 있는 방법을 제안하고 전산모사를 통하여 채널의 길이와 두께, Overlap / Underlap 구조, 온도 등에 대한 의존성을 살펴 보았다. 그 결과 채널의 길이와 두께, Overlap / Underlap 구조에 따른 의존성은 없는 것으로 확인되었다. 하지만 20nm 이하의 채널의 소자에 대해서는 소스/드레인간 터널링 전류로 인해 정확한 ${\Phi}_B$ 측정이 불가능하였다. 그리고 저온에서 측정할 때 정확도가 높아짐을 확인하였다.

ferroelectric perovskite의 ferroelectricity를 유지하기 위해서는 oxygen vacancy를 조절해야 한다. BTO의 경우 Ti-O(vacancy site)-Ti의 align 방향에 따라 두 종류의 vacancy가 존재하는데, Ti-O-Ti가 c-axis와 평행한 경우 BTO의 ferroelectricity가 약해진다. 본 연구에서는 BTO에 ab-biaxial strain을 가해 보고, 그 결과 두 종류의 vacancy formation energy가 어떻게 변화하는지 확인하였다. 그 결과 a, b-axis의 격자 상수가 증가하면 $V_b$가 $V_c$에 비해 안정해진다는 사실을 확인하였다. 이는 BTO의 oxygen vacancy의 vacancy site에 vacancy로 인해 남는 전자가 국지화되어 Ti-vacancy site 간 인력과 Ti-Ti간 반발력이 균형을 이룰 때 vacancy의 에너지가 낮아지기 때문이다.

In this paper, quantum mechanical simulations of the double-gate ultra-thin body (DG-UTB) MOSFETs are performed according to the International Technology Roadmap of Semiconductors (ITRS) specifications planned for 2020, to devise the way for on-current ($I_{on}$) improvement. We have employed non-equilibrium Green's function (NEGF) approach and solved the self-consistent equations based on the parabolic effective mass theory [1]. Our study shows that the [100]/<001> Ge and GaSb channel devices have higher $I_{on}$ than Si channel devices under the body thickness ($T_{bd}$) <5nm condition.

$MoS_2$ bulk에 Lithium을 intercalate했을 때 가장 안정한 위치와 그 위치에서의 결합에너지에 대한 분석을 진행하였다. 이를 위해 Density Functional Theory를 기반으로 한 계산을 실행하였으며 MoS2 bulk 내의 여러 위치에서의 에너지를 구하여 Li이 가장 안정하게 흡착되는 비율과 Li 원자가 안정한 흡착 위치를 계산했다. 그 결과 Li 원자가 1/4 monolayer을 형성할 때 가장 안정하며 그 때 Li 원자는 Hollow site에 결합한다는 결론을 얻었다.

We investigate the effect of hydrogen on adsorption of hydrocarbon molecules on graphene with density functional theory (DFT) calculations. In this study, we calculate the binding energies of hydrogen molecule, carbon atom and other hydrocarbon fragments such as CHx (x=1, 2, 3, 4) on graphene to find the most stable adsorption site. Then, to study the effect of hydrogen, we investigate the adsorption of hydrocarbon fragments in the presence of hydrogen atoms on graphene.

유기 반도체 물질로서 활발히 연구되고 있는 CuPC의 기체 및 고체상에 대한 전자구조 분석을 진행하였다. CuPC는 기체상에서는 4 eV 이상의 큰 HOMO-LUMO gap을 가지고 있지만 고체가 되면 ~2 eV 정도의 gap을 나타내게 된다는 것을 밝혔다. 특히 GW 계산을 이용하여 고체에서 전자의 screening 효과는 IP와 EA를 기체에 비해 상당히 변화시킨다는 것을 알아냈고 이는 CuPC와 같은 유기 분자로 이루어진 고체의 전자구조 결정에 polarizable medium을 잘 기술하는 것이 중요한 역할을 한다는 것을 발견하였다.

Carbon nanotubes (CNTs) have been intensively investigated since they have been considered as building blocks of nanoscience and nanotechnology. Theoretical and computational studies on CNTs have revealed their physical and chemical properties and helped researchers build various experimental devices to study them in depth. However, there have been only few systematic studies on detailed changes in electronic structures of CNTs due to geometrical structure modifications. In this regard, it is necessary to perform systematic investigations of the modifications in electronic structures of CNTs, as their geometrical configurations are altered, using the first-principles density functional theory. In other words, it is essential to determine the true equilibrium structure of CNTs. We are going to construct different atomic configurations of each nanotube by maintaining the original symmetries, but changing all the other bonding types one by one. Furthermore, as for CNTs, for example, the way the graphene sheet is wrapped is represented by a pair of indices (n,m) and electronic structures of CNTs vary depending on different indices. Therefore, we plan to study and discuss all the significant couplings between electronic and geometric structures in CNTs.

Self-assembly of the molecular system of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride (PTCDA) is of such potential importance for organic semiconductor devices that PTCDA molecule on a variety of substrates has been extensively studied. Therefore we studied the density of states (DOS), the charge densities, and intermolacular bond lengths for PTCDA, and investigated PTCDA absorptioni sites on Si(111)In-$8{\times}8$ at room temperature using the density functional theory calculations.

Graphene have renewed considerable interest in inorganic, two-dimensional materials for future electronics. However, graphene does not have a bandgap, it is limited to apply directly to transistors and logic devices. Hence, other layered materials such as molybdenum disulphide ($MoS_2$) have been investigated to address this challenge. Here, we find that the nature of contacts plays a more important role than the semiconductor itself. In order to understand the nature of $MoS_2$/metal contacts, we perform density functional theory electronic structure calculations based on linear combination of atomic for the geometry, bonding, binding energy, PDOS, LDOS and electronic structure. We choose Au as a contact metal because it is the most common contact metal. In this paper, we demonstrate $MoS_2$/Au contacts have a more promising potential in flexible nanoelectronics than $MoS_2$ itself.

Nitrogen이 도핑된 graphene에서의 hydrogen evolution에 대한 촉매효과에 대해서 연구를 진행하였다. Reaction free energy를 계산하기 위해서 많은 N-doped graphene 모델을 계산하였으며 pH 조건, silicon cathode의 영향 그리고 zero point energy의 효과를 고려하였다. Volcano plot에 의하면 "pyrol" like model과 N-doped armchair graphene model (aGNR-N1)이 좋은 촉매효과를 가짐을 밝혔다. 또한 free energy diagram을 통하여 "pyrol"과 "aGNR-N1"이 좋은 active site가 될 수 있음을 확인하였고 pH가 증가함에 따라 $H^+$의 에너지가 증가함에 따라 촉매 효과가 줄어듬을 확인하였다.

위상부도체(Topological insulator, (TI))는 특이한 금속성 표면 성질을 가지며 이 물질에 대해 많은 물성연구가 이루어져 오고 있다. TI 물질 중 하나인 $Bi_2Se_3$는 스핀트로닉스 또는 양자 컴퓨팅 분야에 전망이 밝은 물질이다. 본 논문에서는 $Bi_2Se_3$ (111) 표면의 산화농도에 대해 조사하였다. 결함이 없는 깨끗한 표면에서는 산소의 농도가 높을 때 에너지적으로 안정하며 표면결함이 있을 때에는 표면결함과 결합한 산소의 농도가 낮을 때 에너지적으로 안정한 것으로 나타났다. $Bi_2Se_3$ (111) 표면 산화 연구에서는 표면 점결함의 존재와 산소 농도를 함께 고려해야 할 것이다.

Combining the quantum transport theory with new field of Spin Caloritronics, we investigate on the influence of thermal gradient on the magneto tunnel junction structure under various circumstances. The results indicate enhancement in performance of spintronic device is possible using thermal energy.

EDISON 나노물리 사이트에 탑재된 Drift-Diffusion 기반 bulk P/N Junction Diode 특성 해석용 SW를 이용해 P-N접합의 특성을 파악해보았다. n과 p영역에서의 순수 도너와 억셉터 농도를 통해 내부 전위 장벽을 구한다. 구한 내부 전위 장벽을 통해 공핍폭 W를 구할 수 있다. 이 논문에서는 일방접합의 공핍영역폭을 표현하는 식과 시뮬레이션을 통해 얻어진 공핍영역폭을 비교 분석하였다.

Si nanowire는 트랜지스터, 배터리 등 광범위한 응용이 가능한 물질로서 이의 효율적 활용을 위해서는 그 다양한 구조에 대한 물성 변화의 연구가 중요하다. 이 연구에서는 [110] 방향의 $4{\times}3$, $6{\times}4$, $8{\times}5$ Si nanowire에 대하여 DFT 기반 제일원리적 계산을 수행함으로써, $6{\sim}14{\AA}$ 범위에서 nanowire 지름의 변화에 따른 전자구조 의존성에 대하여 연구하였다. 그 결과, bulk와 비교하여 Si nanowire의 경우 bandwidth 감소 및 bandgap의 증가가 나타나며, 이러한 경향은 nanowire 지름이 커질수록 점진적으로 약화됨을 알 수 있었다.

본 연구에서는 제일원리 계산을 이용하여 $Si(100)/SiO_2$ 계면 내부에서 발생하는 point defect들의 거동에 대해 살펴보았다. Defect 계산에 앞서 안정한 $Si/SiO_2$ 계면을 찾아보았고 찾은 계면을 바탕으로 계면에서 point defect의 formation energy를 계산해 보았고 이를 통해 Si defect의 경우 Si층 쪽 보다는 $SiO_2$ 층에서, 그리고 계면 내부 보다는 계면 경계 근처에서 발생할 가능성이 높음을 보였다.

We have calculated binding energies between bilayer graphene and lithium atom for the application of cathode of lithium-ion batteries. In this study, it isfound that $LiC_8$ structure is the most stable structure among various lithium-graphene compound structure.

$MoS_2$ monolayer에 Au 원자를 흡착시켰을 때 가장 안정한 위치를 찾아 내기위한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 $MoS_2$ $1{\times}1$ unit cell 위의 on-top, bridge, hollow 위치에 Au 원자를 놓고 DFT 기반 제일원리 계산을 통하여 최적화된 구조에서의 에너지를 계산, 비교하였다. 그 결과 S 원자 위에 Au 원자가 흡착 되었을 때 가장 안정한 구조를 이루는 것을 알 수 있었다.

실리신의 single vacancy에 Sc부터 Zn까지 전이금속을 넣고 이에 따른 실리신의 자기 모멘트와 구조 변화를 density funtional theory(DFT) 계산을 통해 알아보았다. 실리신은 그래핀(Graphene)과는 다소 다른 경향을 보였으며, 이는 실리신의 buckled 구조와 결합 길이의 차이로 인한 것으로 생각된다. 자기 모멘트는 전이금속 impurity에 큰 영향을 받았다.

Fractional quantum Hall Effect (FQSH) is one of most fundamental issues in condensed matter physics, and the Topological insulator becomes its prominent applications. This article reviews the general frameworks of these development and the physical properties. FQSH states and topological insulators are supposed to be topologically invariant under the minor change of geometrical shape or internal impurities. The phase transitions involved in this phenomena are known not to be explained in terms of symmetry breaking or Landau-Ginsburg theory. The new type of phase transitions related to topological invariants has acquired new name - topological phase transition. The intuitive concepts and the other area having same type of phase transitions are discussed.

현대에 이르러 초경량 무인 비행기에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 비행체는 저레이놀즈수 영역에서 사용되는 특성으로 인해, 경계층 내에서 박리현상과 난류영역으로의 천이 등과 같은 여러 복합적인 현상을 발생시킴으로써 비행체의 공력특성에 큰 영향을 미친다. Bumpy Airfoil은 저레이놀즈수 유동에서의 이와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 익형이다. 따라서 본 논문은 전산열유체해석 프로그램인 EDISON_전산열유체를 이용하여 Bumpy Airfoil 형상에 대한 공력특성을 연구하였고, 발생하는 양항비를 원 익형과 비교하였다. 비압축성 조건 내에서, 공력 성능 향상을 위한 Bumpy Airfoil의 형상 변수로 Bump 개수와 높이를 선정하여 받음각에 따른 유동장을 분석하고 양항비를 수치해석 및 고찰하였다.

본 연구에서는 사각 실린더로 근사된 차체 주위에 균일한 층류 유동이 흐를 때, 앞 사각 실린더의 후면에 나타나는 후류의 변화를 정상적인 관점에서 분석하였다. EDISON_CFD를 이용하여 앞 실린더와 뒷 실린더의 변화에 따른 공력계수를 확인하였다. 격자 분해능과 시간 간격에 따른 정확성을 분석하였다. 앞 실린더의 길이 변화, 두 실린더 간의 거리를 통해 나타나는 공력계수의 변화를 실제 상황에서의 운행 안정성 및 공기 저항에 대입하여 분석하였다.

NACA0012형상을 사용하여 천이현상을 고려한 유동해석이 Dynamic Stall에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 천이 현상을 고려한 진동하는 익형의 공력 계수 변화를 비교하기 위해 완전 난류로 가정한 해석 결과와 실험 결과를 비교하였다. NACA0012익형을 사용하였으며 두께 변화에 따른 해석 결과를 비교하기 위해 NACA0009익형도 사용하였다. 정상유동해석의 천이 발생 지점과 비정상 유동해석의 천이 발생 지점을 비교하였으며, 익형주위의 유동결과를 비교하여 천이해석과 완전 난류해석 결과의 차이를 분석하였다.

임의의 물체가 유체 내에서 운동하거나 정지해 있을 때 유체에 의해서 운동에 방해가 되는 힘을 형상저항이라고 한다. 형상저항은 레이놀즈수에 의한 경계층의 흐름형태에 따라 변화하며, 경계층의 흐름형태는 레이놀즈수가 $10^5$보다 작은 경우 층류로, 그 이상의 경우 난류로 나타난다. 본 연구에서는 유체 내에 물체가 정지해 있을 경우 조도에 따른 형상저항의 변화를 알아보기 위해 각기 다른 조도를 가진 실린더를 모델링해 EDISON_CFD을 이용하여 전산 해석을 하였다. 실린더의 표면에 파장의 주기와 진폭, 층류와 난류 영역에서의 항력계수의 변화에 대해 검토하였다.

임계마하수보다 큰 자유흐름 마하수에서는 충격파의 발생으로 인해 급격한 항력증가가 발생하므로, 임계마하수 증가는 고속 공기역학에서 중요한 분야로 다뤄지고 있다. Whitcomb R. T.에 의해 천음속영역에서 순항할 수 있는 초임계익형이 개발되었으나, 충격파 제어 기법들에 대한 실험적인 검증은 형상 제작의 어려움으로 인해 한계를 지닌다. 따라서 본 논문에서는 2D_Comp-2.1_P와 Prandtl-Glauert 압축성 보정식을 이용하여 NACA0012와 RAE2822의 임계마하수를 해석하고, 충격파 제어 장치 중 하나인 Bump를 RAE2822에 설치하여 임계마하수를 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 연구 결과 충격파를 압축파로 분산시켜 충격파의 강도를 약화시키고, 양항비의 4.7% 증가를 확인하였다. 따라서 Bump를 설계한 RAE2822가 기본 익형보다 높은 천음속 조건에서 효율적인 공력특성을 가지는 것을 확인하였다.

전익기는 전쟁 중 등장해 활약했다는 점과 그 독특한 형태로 유명세를 타기 시작한 비행체의 한 종류이다. 공기역학적으로 동일한 속도로 비행할 때 일반적인 항공기와 비교해서 적은 동력으로 더 멀리 날수 있는 전익기의 특성과 그 발전방향을 보았을 때 동체의 익면적이 넓어 생기는 특성을 극대화 시키면서 더욱 독특한 형태의 비행체로 나타나는 모습이 원반형 비행체이다. 본 연구는 EDISON Simulation을 활용한 두 비행체의 공력특성 비교를 통해 실제로 원반형 비행체가 많이 쓰이지 않는 이유와 그 장단점에 대한 데이터를 확보했으며 특히 원반형 비행체의 경우 Cockpit 유무와 그 크기에 따라 실속각이 커지는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 유조선 공법의 유체역학적 타당성을 검증하고자 한다. EDISON_CFD를 이용하여 간단화한 서산 간월호의 간척 이전 모습을 모델링하였다. 방조제 모델에서의 난류 유동을 방조제 사이에서의 유속과 사이에서 받는 압력의 분포를 통해 유조선 공법이 실제로 방조제 건설에 도움이 될 수 있는지에 대해 평가했다.

본 연구에서는 교육 및 연구를 위한 CFD 해석 프로그램인 EDISON_CFD를 이용하여 Symmetric airfoil(NACA0012)과 Cambered airfoil(NACA4412)의 뒷전 두께에 따른 공력 특성을 분석해보았다. Chord 길이의 0%, 1%, 2%, 3%, 4%에 해당하는 뒷전 두께를 가지는 Blunt trailing edge airfoil의 받음각에 따른 공력 특성을 비교 및 분석하고, 어떠한 장단점을 가지는지 확인하였다. 그 결과 Chord 길이의 1% 뒷전 두께를 가질 때를 제외하면 뒷전 두께가 두꺼워질수록 최대양력계수는 증가하였고, 양항비와 실속각은 감소하였다. 또한, 뒷전 두께가 두꺼워질수록 Symmetric airfoil에서는 받음각 $0^{\circ}$를 기준으로 양력곡선기울기가 증가하였고, Cambered airfoil에서는 전체적으로 양력계수가 증가함과 동시에 양력곡선기울기 또한 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 원형으로 모델링 된 실린더들에 균일한 유동이 흐를 때, 실린더들의 배치에 따른 이차원 층류 유동을 분석하였다. EDISON_CFD를 이용해서 실린더간의 거리와 주기적 배열에 따라 개별 실린더들의 항력계수와 평균 항력계수의 분석을 통해 항력계수가 최대가 되는 실린더 배열을 확인하였다. 이를 위해 계산영역과 최대격자수에 따른 정확도를 분석하였다. 가로 배열(tandem position)에서의 효율적 항력 거리를 확인하였다. 세로 배열(side-by-side position)에서의 효율적 항력 거리를 확인하였다. 위의 결과들로 9개의 실린더를 3개씩 3열로 배치하고, 주기적 배열과 엇갈림 배열로 나누어 효율적 항력 배치를 확인하였다.

본 연구에서는 인접 구조물의 상호 간섭에 의한 풍압 변화에 대한 분석을 수행하였다. 두 개의 구조물 사이의 거리 및 위치를 변경하여 비교 해석하는 것으로써 사각형 구조물 구현을 위해 EDISON_CFD를 이용하여 수치해석을 하였고, 유한 체적 법(Finite Volume Method, FVM) 기반의 범용 비압축성 유동 해석을 위해 2D_Incomp-P_2.1 해석자를 사용하였다. 이 연구를 통하여 인접한 구조물의 영향을 분석하여 상호 간 거리와 위치를 결정할 수 있는 근거자료를 확보하였다.

고속 열차의 속도가 점점 빨라짐에 따라 고속 열차 주행 시 발생하는 여러 공력적인 문제가 대두되고 있다. 그 중 고속 열차와 전력선을 이어주는 판토그래프에서의 소음 발생과 압상력 불안정 문제가 중요시 되어왔고 이에 대한 여러 선행연구가 진행되고 있다. 지금까지의 선행 연구는 원형, 사각형, 에어포일과 같이 기본적인 형상을 이용한 판토그래프 팬헤드의 최적 단면 형상을 찾는 데에 초점을 맞추고 있다. 본 연구는 이러한 주류의 접근 방식에서 벗어나 팬헤드에 구멍을 추가하여 그 효과를 보는 다양한 시도를 해보았고 구멍이 소음 발생과 압상력 불안정에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.

Chowdbury. H.는 인체를 다수의 원형 실린더로 단순화하여 스키점프와 사이클 운동복의 항력계수를 각각 측정하였다. 이처럼 원형 실린더에 스피드 스케이팅 운동복을 씌운 모습과 골프공에서 사용하는 딤플의 2차원 형상이 서로 유사한 모양임을 착안하여, 2차원 원형 실린더 표면의 딤플이 유동 현상에 어떤 효과를 일으키는지 살펴보았다. 본 연구에서는 초기 형상을 토대로 3가지 딤플 형상 변수에 대한 매개변수 설정을 통해 항력계수를 비교하였다. 또한 3가지 딤플 형상 중 가장 낮은 항력계수를 갖는 딤플 형상에 대해서 요철 높이에 따른 항력계수를 비교하였다. 이를 통하여 딤플 형상이 각진 모양보다 둥근 모양일수록 항력계수가 작은 것을 확인하였으며, 요철 높이를 제외한 모든 조건이 동일할 때 최적의 요철 높이가 존재할 수 있음을 확인하였다.

본 논문에서는 EDISON_전산열유체 시스템을 활용하여 군집주행 형태 변화에 따른 항력계수 및 연료효율 변화를 분석하였다. 해석 대상은 자동차 형상을 단순화한 모델인 아흐메드 형상(Ahmed body)을 이용하였다. 동종차량 간 거리변화에 따른 항력계수 및 연료효율의 변화, 이종차량의 배열순서변화에 따른 항력계수 및 연료효율을 분석하며 연구를 수행하였다. 연구 결과, 4대의 동종차량 군집주행시 항력계수를 최대 69% 감소할 수 있으며 이에 따라 km 당 0.073L의 연료를 절감할 수 있다.

본 연구에서는 다양한 모형의 실린더 주위의 균일한 유동에 대하여, 후류에 생기는 유동현상을 EDISON_CFD를 이용하여 분석하였다. 고정된 실린더에 대해 주어진 레이놀즈 수에서 시뮬레이션을 이용하여 실린더의 형상에 따른 $C_L$값과 주기를 분석하였다. 이 후 진동운동을 가정한 운동방정식을 이용하여 실린더의 운동 및 발전 효율을 예측하여 비교하였다. 또한 운동방정식을 Bode 선도를 이용하여 용수철 상수와 감쇠율에 따른 발전 효율의 변화를 살펴보았다.

차세대 제트 추진기관으로 주목받고 있는 스크램제트 엔진의 핵심은 연소기 내부에서의 성공적인 초음속 연소를 필요로 한다. 초음속 연소는 공기-연료 혼합(fuel-air mixing)의 정도에 따라 연소효율이 영향을 받게 된다. 공동형 화염 보염기(cavity flameholder)는 재순환 영역(recirculation zone)을 생성하여 연료 혼합의 효율을 높여 지속적인 초음속 연소가 진행될 수 있는 시간을 제공한다. 본 연구에서는 EDISON 전산유체역학 소프트웨어를 이용하여 공동형 화염 보염기를 지나는 초음속 유동의 재순환 영역과 전압력 변화에 대한 전산 해석을 수행하였다. 초기 형상을 생성하여 유동 해석을 수행한 후, 3개의 형상 변수에 대한 매개 변수 연구를 통하여 공동의 형상과 위치에 따른 재순환영역의 제어가 가능함을 확인하였다.

본 연구에서는 Dyson사의 Air multiplier의 Coanda surface각도에 따른 Air foil 주변의 2차원 유동을 분석하고 Surface각도가 유동에 미치는 영향에 대해 해석하였다. Air multiplier 단면의 작은 Slit을 통해 분류된 공기는 Venturi effect에 의해 가속되며 Coanda effect에 의해 단면을 따라 흐르며 압력차를 발생시켜 주변의 공기를 추가적으로 유입시킨다. EDISON CFD를 이용하여 Surface 각도에 따른 Air foil 주변의 유동을 구현하고 각도가 유동에 미치는 영향을 해석하였다. 또한 다른 논문에서 발췌한 실험값과 CFD 분석을 통해 얻은 값을 비교하여 CFD분석이 유효한지 확인하였다.

본 연구에서는 디퓨저의 압력회복을 높이기 위해 디퓨저 입구에 실린더를 설치하여 후류가 압력회복에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 2D-Incomp-2.1-P 해석자를 이용하여 속도, 압력에 따른 유동가시화를 통해 내부유동을 분석하였고, 압력회복계수를 비교하여 디퓨저 입구에 설치된 실린더의 후류가 디퓨저 성능에 어떤 영향을 주는지 비교하였다. 그결과 실린더를 설치하였을 때 확대부에서의 박리영역이 더 작아졌고 압력회복계수가 더 높아졌다.

본 논문에서는 타원형 실린더 주위의 유동과 항력 및 양력 계수의 변화를 관찰하였다. EDISON_CFD를 이용하여 자유 유동(free stream)에서 타원형 실린더의 장단축 비율과 회전된 각도의 변화에 따라 실린더 후방의 유동과 압력 분포의 변화를 보고, 이에 따른 항력 계수 및 양력 계수의 변화를 시뮬레이션 하였다. 또한, 채널 유동 내에서 벽 근접에 따른 유동 변화와 항력 및 양력 계수의 변화를 관찰하였다.

연료전지의 성능을 결정짓는 가장 중요한 변수 중의 하나는 각 스택의 채널에 얼마나 균일하게 연료를 공급할 수 있느냐이다. 본 연구에서는 네 가지의 모델을 사용하여 연료전지 매니폴드 형상에 따른 최적 설계를 수행하였다. 위 네 가지 모델은 각기 다른 기하학적 형상을 가지며 Edison CFD를 이용하여 형상 내의 유동을 비교하였다. 초기 모델에서는, 입구부에서 매니폴드로 유입되는 유동의 확산이 잘 일어나지 않아 각 채널의 질량유량이 불균일한 분포를 보였으며 특히 속도가 빠른 중심 영역의 채널에 많은 연료가 유입되었다. 이를 위한 디퓨져 모델링이 제안되었으며 실속이 최소한도로 발생할 때 채널당 질량유량이 가장 균일하다고 가정하였다. 이를 위해 다양한 디퓨져 각을 가진 모델을 사용했고, 이론상으로 실속이 발생하지 않는 형상에서 가장 균일한 분포를 보임을 확인하였다.

본 연구는 전산 유체 해석 프로그램인 EDISON_CFD 해석 결과 산출 된 정적공기력계수(양력계수, 항력계수)를 이용하여 교량 단면의 갤로핑(Galloping)에 대한 안정성 평가를 실시하는데 그 목적이 있다. 특히 해상 교량은 장대 교량인데다 높은 풍속까지 견뎌 내야 하므로 내풍 안정성 검토의 중요성이 부각되고 있다. 전산 해석에 사용된 교량은 이순신 대교와 거가 대교의 표준 단면을 사용하였으며, 받음각과 풍속의 변화를 주어 높은 레이놀즈수 영역에서 공기력계수의 변화에 대해 검토하였다.

선행 연구에서 블레이드 뒷전에 탄성 플랩이 장착되면 받음각에 따라 양력의 증가가 항력의 증가보다 상대적으로 더 커지게 되어 전체적인 양항비(앙력과 항력의 비)가 증가하는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 선행의 연구를 참조하여 플랩의 길이가 변함에 따라서 양력과 항력의 변화를 비교하였다. 블레이드의 종류와 플랩의 제원은 현재 이용되는 수직축 풍력 발전기의 제품과 동일하게 사용하였다. EDISON_CFD와 MIDAS_IT를 이용하여 플랩이 장착된 블레이드 주변의 유체 유동을 해석하고, 플랩의 상하변위를 계산하였다. 이 과정을 반복 수행하여 플랩의 거동을 분석하고 플랩의 길이와 받음각에 따른 양항비를 비교하여 이전보다 효율적인 플랩을 설계하였다.

세일링 요트 (sailing yacht)는 세일 (sail)의 양력을 주로 이용하여 추진력을 얻는다. 요트 경주에서와 같이 항주 속도가 중요한 문제에서는 세일의 성능이 좋을수록 빠른 속도를 낼 수 있기 때문에 세일 주변의 유동해석을 통한 성능 추정과 효율의 최적화는 매우 중요하다. 본 논문에서는 일반적인 경주요트의 형태로써 지브 세일 (jib sail)과 메인 세일 (main sail) 그리고 한 개의 마스트(mast)로 구성된 슬루프(sloop)형 요트에 대한 유동해석을 하였다. 풍상범주 상태에서의 30ft급 세일링 요트인 KORDY-30의 jib sail과 main sail의 높이에 따른 단면을 모델링하였다. 슬루프형 요트의 경우, 세일링 요트에서 jib sail과 main sail이 각각 단독으로 있는 형태의 요트보다 세일의 개수가 증가함에 따라 양력이 증가하지만 항력도 따라서 증가 할 것이라고 가정했다. 따라서 jib sail의 각도를 다양하게 변화시켜 양력계수와, 항력계수의 변화를 살펴보고 그에 따른 양항비의 분석을 통해 최적의 효율을 갖는 jib sail의 각도를 알아보았다.

채널 내부에 장애물이 존재하는 유동 형태는 다양한 공학적 문제에서 나타나고 있으므로 여러 가지 형상 및 유동 조건에 따른 유동 특성 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 장애물의 형상을 일정한 크기의 원형 실린더로 설정하고 실린더는 위아래 채널 벽 중앙에 위치하도록 하여 2차원 채널 내에 원형 실린더가 존재하는 경우에 대하여 CFD연구를 수행하였다. 실린더와 위아래 채널 벽면과의 거리를 변화시켜 각각의 거리에 대해 유동 재부착 길이, 유동의 주기성, 항력계수 등의 유동 특성을 관찰하였다. 연구결과 각 간격[실린더벽면과 채널벽면간의 거리(G)/실린더지름(d)]이 0.5, 1, 2, 3, 5, 15에 따른 재 부착 지점(Reattachment Length)은 채널 벽면이 실린더로부터 멀어질수록 완전히 열린 유동장에서의 유동 재부착 지점에 수렴해간다는 것을 확인하였다. 즉 거리가 멀어질수록 벽면 영향이 줄어든다는 것을 확인하였다. 또한 각각의 경우에 대해 항력계수 값을 구하였고, 이를 완전히 열린 유동장에서의 항력계수 값과 비교해 보았다. 그 결과 벽면으로부터의 떨어진 거리가 5부터 벽면의 효과가 줄어들어 10이상이 되었을 때부터 그 영향이 아주 미미하다는 것을 확인하였다.

풍력발전은 재생에너지로써 유망한 대체 에너지원으로 각광받고 있으며, 국내에서는 이미 영덕, 영양 등의 풍력단지가 가동 중에 있다. 그러나 장기간 사용되어온 터빈이 반 이상이며, 그 중에서도 바람의 영향을 많이 받는 블레이드는 끝단 Tip이 벌어지는 파손이 발생하곤 한다. Blade Field의 유지보수를 통해 수명연장이 가능하나, 형상변화로 공력특성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 MEXICO 터빈용 블레이드의 Tip부분에 대해서 EDISON을 활용하여, 수리로 인해 변경된 Blade의 공력특성 변화를 분석하였다. 형상변경은 상용 프로그램 Pontwise로 작업했으며, 익형 주위의 유동을 2D비압축성 유동으로 가정하고 EDISON CFD의 2D_Incomp-2.1_P solver를 수치해석을 수행하였다.

본 연구에서는 전산유체 해석프로그램인 EDISON_CFD를 이용하여 Clark-Y 에어포일의 공력특성 변화를 수치해석하고, 여러 가지 받음각의 변화를 통해 양력계수, 항력계수, 양항비 등을 도출하였다. 공력해석을 위한 조건으로 압축성 Navier-Stokes 방정식에 난류 유동조건을 적용하였다. 해석 결과는 에어포일 공력해석 툴로 널리 알려져 있는 XFOIL을 이용하여 비교 검토하였다.