• BMB Reports
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• 제33권1호
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• pp.54-58
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• 2000

Recent research results regarding the very long chain transmembrane ${\alpha},{\omega}-dicarboxylic$ components in the membrane of extremophilic eubacteria, such as Sarcina ventriculi, Thennotoga maritima, and Thermoanaerobacter ethanolicus have raised interesting questions concerning the physical and biochemical function on these components in the membrane. In order to understand the dynamic characteristics of these acids which reside in the bilayer membrane, 580 ps molecular dynamic simulations at 300 K were performed for two model systems. These systems were the bilayer with regular chain (C16:0 or C18:1) fatty acid methyl esters and the fatty acid bilayer containing very long chain transmembrane dicarboxylic acid methyl esters (${\alpha},{\omega}-15,16-dimethyltriacotane-dioate$ dimethyl ester; C32:0). Our analyses indicate that very long chain transmembrane dicarboxylic acids have a noticeable influence on the bilayer dynamics at a sub-nanosecond time scale. The center-ofmass mean-squared-displacement (MSD) of regular chain fatty acids adjacent to the very long chain transmembrane dicarboxylic acids decreased, the long-axis order parameter increased, and the reorientational motions of methylene groups were slowed along the hydrocarbon chains. These results indicate that the very long chain transmembrane dicarboxylic acids reduce the molecular order of the whole bilayer membrane.

• Membrane and Water Treatment
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• 제6권6호
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• pp.513-524
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• 2015

In this study, the effects of the angles of spacer filaments and the different feed Reynolds number on the fluid flow behavior have been investigated. Three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) study is carried out for fluid flow through rectangular channels within different angles ($30^{\circ}$, $40^{\circ}$, $50^{\circ}$, $60^{\circ}$, $70^{\circ}$, $80^{\circ}$, $90^{\circ}$, $100^{\circ}$, $110^{\circ}$, $120^{\circ}$, respectively) between two filaments of spacer for membrane modules. The results show that the feed Reynolds number and the angles of spacer filaments have an important influence on pressure drop. While the feed Reynolds number is fixed, the optimal angle of spacer should be between $80^{\circ}$ to $90^{\circ}$, because the pressure drop is not only relatively small, but also high flow rate region expanded significantly with the increase of the angles between $80^{\circ}$ to $90^{\circ}$.The Contours of velocities and change of the average shear stress with the different angle of spacer filaments confirm the conclusion.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.1-10
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• 2021

Water electrolysis technology, which generates hydrogen using renewable energy resources, has recently attracted great attention. Especially, the polymer electrolyte membrane water electrolysis system has several advantages over other water electrolysis technologies, such as high efficiency, low operating temperature, and optimal operating point. Since research that analyzes performance characteristics using test bench have high cost and long test time, however, model based approach is very important. Therefore, in this study, a system model for water electrolysis dynamics of a polymer electrolyte membrane was developed based on MATLAB/Simulink®. The water electrolysis system developed in this study can take into account the heat and mass transfer characteristics in the cell with the load variation. In particular, the performance of the system according to the stack temperature control can be analyzed and evaluated. As a result, the developed water electrolysis system can analyze water pump dynamics and hydrogen generation according to temperature dynamics by reflecting the dynamics of temperature.

• Membrane and Water Treatment
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• 제7권2호
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• pp.87-100
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• 2016

A numerical simulation of membrane evaporation process was carried out in this work. The aim of simulation is to describe transport of water through porous membranes applicable to the concentration of aqueous solutions. A three-dimensional mathematical model was developed which considers transport phenomena including mass, heat, and momentum transfer in membrane evaporation process. The equations of model were then solved numerically using finite element method. The results of simulation in terms of evaporation flux were compared with experimental data, and confirmed the accuracy of model. Moreover, profile of pressure, concentration, and heat flux were obtained and analyzed. The results revealed that developed 3D model is capable of predicting performance of membrane evaporators in concentration of aqueous solutions.

• 멤브레인
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• 제4권2호
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• pp.96-105
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• 1994

이 논문은 거대전하고분자의 막전달 현상을 위한 이론적 모델을 연구하는데 있다. 전기적 힘에 의한 전하고분자 물질의 형상은 빠르게 곧게 뻗으면서 진행되며, 곧게 뻗는 시간과 길이는 막 전달의 동적현상을 이해하는데 도움을 주고 있다. 빠르게 곧게 뻗을 때, 전하고분자의 두 끝이 전기힘 방향으로 동시에 끌리는 현상이 일어난다. 이같은 형식의 이해는 거대전하고분자의 막분리를 이해하는데 도움을 주고 있다.

• 멤브레인
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• 제12권4호
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• pp.207-215
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• 2002

한정된 미세공간에서의 제한확산(hindered diffusion)은 멤브레인 기공(pore)에서 입자들의 운동에 의해 결정되는 여과 메카니즘을 매우 미세한 수준에서 이해하는데 중요한 현상이다. 구형(spherical) 콜로이드 입자에 비해 보다 복잡한 형태(conformation)인 고분자사슬 구조를 갖는 다가전해질(polyelectrolyte)의 제한확산 거동에는 다양한 인자들이 관련되어 있기 때문에, 이론 접근은 물론 실험적 접근도 한층 어려운 것이 사실이다. 본 연구에서는, 슬릿형 미세기공에 한정되어 있는 단일한 다가전해질(single polyelectrolyte)에 coarse-grained bead spring model과 먼거리(long-range) 정전상호작용(electrostatic interaction)인 Debye-Huckel potential을 적용하여 분자시뮬레이션 기법인 브라운 동력학 모사를 수행하였다. 기공과 다가전해질 사슬(Polyelectrolyte chain)의 주어진 크기에서, 용액의 전해질 이온농도가 감소함에 따른 사슬의 신장(extension)효과는 제한확산계수를 감소시켰고, 기공 벽면의 하전성은 제한확산계수를 더욱 감소시켰다. 이는, 다가전해질 사슬(polyelectrolyte chain)의 입체적 장애(steric hindrance)와 함께 정전반발력이 미세기공에서의 확산이동을 억제함을 의미한다.

• 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.

• 멤브레인
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• 제28권6호
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• pp.388-394
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• 2018

탄소나노튜브(CNT) 기반의 멤브레인은 높은 물 전달률과 직경에 따른 이온 배제율로 해수담수, 물질 정화 등을 위한 분리막으로써의 가능성을 보여 주었다. 이온 선택성은 CNT 기반 멤브레인의 응용 분야를 확대하기 위한 중요한 요소이며, 기능기를 이용하여 이온 선택성의 조절이 가능함이 보고되었다. 다양한 원자가/크기의 이온이 혼합될 경우, 이온-기능기간 작용력 뿐만 아니라 이온-이온간의 작용력, 이온의 크기에 의한 반발력 등이 복합적으로 작용한다. 이에 본 연구에서는 분자동역학 전산모사를 통하여, 상이한 원자가/크기를 가진 이온의 혼합이 기능화된 CNT의 이온 선택성에 미치는 영향을 연구하였다. Potential of Mean Force 계산을 통하여 이온 투과에 대한 자유 에너지 장벽을 계산하였으며, CNT 크기 변화, 전하량 변화를 통하여 이온 선택성과 배제에 영향을 미치는 요소를 분석하였다. 본 연구는 CNT 멤브레인을 이용한 분리막 설계, 생체 이온 전달 채널 모사 등에 유용할 것으로 기대한다.

• 한국미생물학회:학술대회논문집
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• 한국미생물학회 2004년도 International Meeting of the Microbiological Society of Korea
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• pp.69-70
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• 2004

• 멤브레인
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• 제27권4호
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• pp.358-366
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• 2017

연료전지용 전해질막의 성능에 있어서 가장 중요한 요소는 수소이온이 전해질막 내부에 형성된 수화채널을 따라서 얼마나 빨리 전달될 수 있느냐이다. 여기에는 수화채널의 모폴로지 및 수소이온의 확산도 등이 매우 중요한 요소가 되는데, 이를 규명하기 위하여 다양한 분자동역학 전산모사 연구가 진행되고 있다. 분자동역학 계산에 있어서 각 원자의 움직임 및 상호작용을 미리 변수화 시켜 놓은 force-field는 필수 요소 중 하나로서, 본 연구에서는 이러한 force-field의 종류가 전해질막 전산모사에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 다양한 force-field를 이용하여 연료전지용 전해질막의 수소이온 확산도를 계산하였다. 이 과정에서 non-bonding interaction을 결정하는 전하 값이 수화채널 모폴로지 형성에 매우 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌으며, COMPASS force-field가 가장 정확한 수소이온 확산도 값을 얻음으로써 연료전지용 전해질막의 전산모사에 있어서 가장 적절한 force-field일 것으로 판단된다. 이러한 force-field의 적절한 선정은 최종 분자 구조 뿐만 아니라 수소이온 확산도에도 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었으며, 연료전지용 전해질막 전산모사 수행 시에는 이러한 부분을 충분히 감안하여 force-field를 선택하여야 할 것이다.