• 멤브레인
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• 제30권4호
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• pp.242-251
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• 2020

고분자 소재 및 이를 이용하여 제조된 분리막에 주로 활용되는 전산모사 도구들은 모사대상의 크기 및 모사하고자 하는 시간에 따라 여러 가지 분야로 나뉘어진다. 본 총설에 소개되는 전산모사는 그 중에서 전산재료화학에 주로 사용되는 양자역학(quantum mechanics; QM), 분자동역학(molecular dynamics; MD), 메조스케일 전산모사(mesoscale modelling), 이렇게 3가지로 분류된다. 고분자 연구에서 사용되는 전산모사는 각각의 전산모사의 종류마다 연구내용이 달라지는데, 양자역학은 분자, 원자, 전자 등 미시적인 계의 현상을 다루어 작은 크기의 현상을 연구하고, 분자동역학은 원자들 사이의 퍼텐셜 또는 힘이 주어졌을 때 뉴턴의 운동방정식에 따른 원지 및 분자의 움직임을 수치적으로 풀어내고, 메조스케일 모델링은 원자들을 묶어서 그룹형태로 만들어 비드를 형성해 비교적 큰 분자량에서 계산시간을 줄여 거시적으로 판단하는 연구가 된다. 본 총설에서는 고분자 및 고분자 분리막에 주로 활용되는 다양한 전산모사 프로그램을 위에서 분류한 3가지 종류로 나누어 각각의 특징과 사용분야 등을 소개하고자 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권7호
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• pp.621-627
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• 2017

다양한 신경성 퇴행 질병을 유발하는 아밀로이드 섬유의 기계적 특징에 대한 이해는 아밀로이드 성장 메커니즘에 직접 관련되어 있기 때문에 질병 역학적 관점에서 많은 연구 진행 되어 왔다. 최근 아밀로이드 섬유의 높은 물성 값과 자가 결합능력을 통해 새로운 재료로 이용 하려는 시도가 진행되고 있다. 본 연구에서는 심혈관 질환을 유발하는 transthyretin($TTR_{105-115}$)의 핵심 영역의 기계적 특성을 분자 동역학 전산 역학을 통해 평가했다. 특히 end-terminal capping의 효과가 $TTR_{105-115}$의 구조적 안정성에 미치는 영향을 평가했다. 인장모사 분자 동역학을 통해(steered molecular dynamics, SMD) 기계적 거동과 물성을 측정하였다. 재료의 기계적 특성에 영향을 주는 인자를 밝히고 자연 모사 재료로써의 활용 가능성에 대한 제시를 하였다.

• 멤브레인
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• 제26권5호
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• pp.329-336
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• 2016

수소이온 교환막(PEM; Proton Exchange Membrane)은 연료전지 막-전극 복합체(MEA; Membrane-electrode Assembly)를 구성하는 핵심 소재 중 하나로서, 촉매와 함께 연료전지 성능을 결정하는 중요한 역할을 한다. 이러한 수소이온교환막의 성능은 내부에 존재하는 수소이온 전달 통로인 수화 채널의 구조에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 분자 동역학(MD; Molecular Dynamics) 전산모사 기술은 이러한 소재 내부의 분자 및 원자구조를 파악하기 위한 유용한 도구로서, 수소이온 교환막의 구조 및 특성에 관한 많은 관련 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 분자동역학 전산모사 관련 연구에 대한 동향을 정리하고, 이를 통해 어떤 구조적 특징들을 분석할 수 있는지 제시하여, 수소이온 교환막 연구자들과 분리막 연구자들에게 분자동역학 전산모사 기술의 유용성에 대하여 소개하고자 한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 추계학술대회논문집A
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• pp.252-257
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• 2001

With the help of newly arrived technology such as PC clustering, molecular dynamics (MD) seems to be promising for large-scale materials simulations. A cost-effective cluster is set up using commodity PCs connected over Ethernet with fast switching devices and free software Linux. Executing MD simulations in the parallel sessions makes it possible to carry out large-scale materials simulations at acceptable computation time and costs. In this study, the MD computer code for fracture simulation is modified to comply with MPI (Message Passing Interface) specification, and runs on the PC cluster in parallel mode flawlessly. It is noted that PC clusters can provide a rather inexpensive high-performance computing environment comparing to supercomputers, if properly arranged.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.371-378
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• 2018

본 연구에서는 폴리유산 나노복합재의 열탄성 거동을 예측하기 위해 분자동역학 전산모사를 수행하고 그 결과를 열탄성 미시역학 모델 예측해와 비교하였다. 폴리유산의 두 이성질체인 D유산(Poly D-lactide)와 L유산(Poly L-lactide)을 혼합한 스테레오 콤플렉스를 모델링하였고 이들을 기지로 사용한 탄소나노튜브 나노복합재를 구성하였다. 유산의 분해 유무에 따른 유리전이온도와 탄성계수 그리고 열팽창계수를 앙상블 전산모사를 통해 예측하였다. 미시역학 모델에서는 계면의 완전 결합을 가정한 이중입자 모델을 적용하여 탄성계수와 열팽창계수를 동일한 조성에서 예측하였다. 그 결과 열적 안정성에 있어 스테레오 콤플렉스에 탄소나노튜브가 첨가될 경우 유산의 뛰어난 계면 흡착과 이에 따른 열적 안정성 향상을 보였다. 순수한 유산과 나노복합재 모두 가수 분해에 따른 열적 특성 변화는 관찰되지 않았다. 또한, 스테레오 콤플렉스와 나노튜브 간 계면은 약한 불완전 결합상태 임을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.127-130
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• 2011

본 연구에서는 나노입자와 고분자 기지 간에 공유결합을 형성시킨 나노복합재의 계면특성과 탄성계수에서 나타나는 크기효과를 고려하기 위해 분자동역학과 미시역학모델을 순차적으로 연계하는 멀티스케일 해석모델을 제안하였다. 나노입자의 체적분율이 동일한 5개의 나노복합재 셀에 대해, 입자의 표면 원자와 고분자 기지 간에 탄소로 구성된 공유결합을 생성시킨 후 분자동 역학 전산모사를 통해 탄성계수를 예측하였고, 공유결합이 존재하지 않는 나노복합재의 탄성계수와 이를 비교하여 계면의 물성증가와 탄성계수에서 나타나는 입자의 크기효과를 규명하였다. 향상된 계면의 특성을 연속체 해석 모델에서 고려하기 위해 분자동역학 해석결과와 미시역학 모델을 연계하는 순차적 브리징 기법을 적용하였고, 이로부터 계산된 계면의 물성의 타당성을 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 그 결과 입자와 기지 간 공유결합을 통해 나노복합재가 보다 넓은 범위에 걸친 크기효과를 나타냈으며, 제안된 브리징 모델을 통해서 물리적으로 타당한 계면의 탄성계수 값을 계산할 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제30권6호
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• pp.433-442
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• 2020

본 연구에서는 수전해용 ionomer의 분자동역학 전산모사 모델 제작을 위하여, 과량의 물 분자가 존재하는 수전해 시스템의 특성을 반영한 ionomer 모델을 제작한 후, 기존 연료전지용 전해질막 전산모사 조건에 맞춰 제작한 ionomer 모델과 비교하였다. 최종적으로 얻어진 모델은 과불소계 ionomer의 중요 특징 중 하나인 명확한 상분리 및 수화채널이 관찰되었으며, 과량의 물 및 높은 운전 온도 조건에서도 물에 녹지 않고 안정된 구조를 나타내었다. 제조된 ionomer 모델에서는 과량의 물분자로 인한 이온 희석 효과로 이온 전달 성능 감소가 나타났으며, 반대로 수소 기체의 투과는 더 증가할 것으로 분석되었다. 따라서 이러한 수전해 시스템의 특성을 반영한 수전해용 ionomer 분자 구조 설계 전략이 필요하고, 분자동역학 전산모사 연구 시에도 이를 감안한 수전해용 ionomer 모델 제작이 필요하다.

• 기계저널
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• 제44권3호
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• pp.70-78
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• 2004

이 글에서는 MD 전산모사를 통해 합성거동의 원자규모 해석, 계면에서의 원자혼합 거동, 박막 구조의 원자규모 분석 및 박막 물성과의 관계규명이 가능함을 소개하고, 또한, 탄소에 관한 Tersoft 포텐셜 함수의 한계로부터 포텐셜 함수의 개선이 필요함을 보여준다.

• Composites Research
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• 제30권6호
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• pp.371-378
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• 2017

본 연구에서는 대표적인 열경화성 재료인 에폭시 기지의 흡습탄성 거동을 예측하기 위해 분자동역학 전산모사를수행하였다. 고분자 복합재가 오랜 시간 동안 흡습환경에 지속적으로 노출될 경우, 거시적 물성의 저하가 발생하기 때문에 복합재의 내구설계 측면에 있어 흡습노화 현상에 대해 분자스케일적으로 접근하는 방법은 매우 중요하다. 본 연구에서는 $EPON862^{(R)}$ 수지와 아민계 Triethylenetetramine (TETA) 경화제로 비정질 에폭시 분자모델을 구성하였으며, 각각 30과 90%의 가교 상태에서 수분 흡수 유무에 따른 물성변화를 관찰하였다. 건조상태의 에폭시와 수분이 4 wt% 포함된 에폭시 단위셀에 대한 평형 및 비평형 앙상블 전산모사 과정을 통해, 에폭시의 수분팽창계수, 응력-변형률 선도 및 탄성계수 그리고 침투된 수분의 수지 내 확산계수를 예측하였다. 또한 흡습된 구조와 그에 따른 물성변화의 상관관계를 규명하기 위해, 자유체적 변화 및 흡습에 따른 에폭시 수지의 비결합 포텐셜 에너지 변화를 관찰하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회A
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• pp.343-348
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• 2007

Molecular dynamics study of thermal NIL (Nano Imprint Lithography) process is performed to examine stamp-resist interactions. A layered structure consists of Ni stamp, poly-(methylmethacrylate) thin film resist and Si substrate was constructed for isothermal ensemble simulations. Imposing confined periodicity to the layered unit-cell, sequential movement of stamp followed by NVT simulation was implemented in accordance with the real NIL process. Both vdW and electrostatic potentials were considered in all non-bond interactions and resultant interaction energy between stamp and PMMA resist was monitored during stamping and releasing procedures. As a result, the stamp-resist interaction energy shows repulsive and adhesive characteristics in indentation and release respectively and irregular atomic concentration near the patterned layer were observed. Also, the spring back and rearrangement of PMMA molecules were analyzed in releasing process.