그래핀에 대한 이론 연구는 주로 계산이 용이한 코스그레인 (Coarse-grained) 모델을 이용한 분자동역학 시뮬레이션을 토대로 이루어져 왔다. 하지만 그래핀 고분자 복합체, 표면이 개질된 그래핀의 구조 등에 대한 원자 수준의 총체적인 정보는 거시적인 (Macroscopic) 코스그레인 모델을 바탕으로 한 분자동역학 시뮬레이션으로는 얻을 수 없다. 따라서 본 연구에서는 전자구조 계산 및 원자 수준 모델의 Born Oppenheimer Molecular Dynamics를 이용하여 작은 그래핀 분자의 구조 (Structure)와 형태동역학 (Conformational Dynamics)에 대한 정보를 얻고, 이를 바탕으로 한 코스그레인 모델을 구축하였다. 더 나아가 이 코스그레인 모델을 이용하여 전기전도성 네트워크와 고분자-그래핀 복합체의 구조 등에 대해 살펴보고자 한다.

Dopamine agonists and antagonists and its receptor play a critical role in the information transfer in the nervous system, and dopamine receptor-ligands interactions are deeply related to Parkinson's disease, schizophrenia and some other mental diseases. However, the only experimental 3D structure available for dopamine receptors is human D3 dopamine receptor. Therefore, it is important to create model of subtype dopamine receptor-ligands interactions. We report here the 3D structures of the human D1 and D2 dopamine receptor predicted by using GalaxyTBM, and its predicted binding site determined by using GalaxyDock. The highly conserved Asp on TM 3 and Phe on TM 6 have critical role in ligand binding. Also, highly conserved serines on TM 5 are essential for binding agonists and some kinds of antagonists. We identify differences between binding sites of agonists and antagonists of human D1 and D2 dopamine receptor, and find the reasons of selective binding of antagonists.

The intramolecular magnetic coupling constant (J) values of diradical-based magnet models (S1-S5) were studied using unrestricted density functional theory. The model systems were designed with series of oxoverdazyl radicals (o-Ver(N) and o-Ver(C)) linked through a benzene coupler. They were divided according to either connectivity of the radical (C or N) or geometrical topology (meta- and para-) of benzene coupler. Reasonable relationship was found between spin density distribution and sign of J value. With our results we determined ferromagnetic (positive J value) and antiferromagnetic (negative J value) interactions. J values were also calculated along the twisting movement by the scan of dihedral angles between the radical and the coupler. An overall trend was found as absolute value of J decreased over increasing torsion angles.

무어의 법칙에 따르면, 반도체의 집적도 2년마다 2배씩 증가한다고 한다. 무어의 법칙은 지금까지는 집적회로 기술의 발전을 잘 예측했다. 하지만 트랜지스터의 사이즈를 줄일수록 누수전류와 회로의 저항을 조절하기 어렵기 때문에 트랜지스터의 소형화에는 한계가 있다. 우리는 곧 무어의 법칙의 한계를 맞이할 것이다. 그래서 트랜지스터를 더욱 소형화시키기 위해서는 bottom-up analysis가 필요한 시점이다. Top-down analysis가 초기의 커다란 트랜지스터에서 점점 소형화를 시켜 작은 트랜지스터를 만든다는 개념인 반면, Bottom-up analysis는 처음부터 작은 분자를 조작하여 트랜지스터와 같은 성질을 띄도록 만드는 개념이다. 분자가 기억소자로서 이용되려면 저항이 다른 2가지 안정한 상태가 필요하다. 이번 연구에서 나는 기억소자를 디자인 하기 위하여 high spin state와 low spin state 두 가지 안정한 상태를 가지는 spin crossover complex를 이용하기로 했다. 이전의 연구에서 spin crossover 는 전기장을 이용해서도 유도될 수 있다고 확신하였고, 이를 이용해서 기억소자를 디자인하기로 하였다. 이번 연구를 위해서 symmetry를 가지는 octahedral spin crossover complex를 디자인하였고 이를 '기억 분자'라고 명명했다. 그리고 이 분자의 high spin state와 low spin state가 전기장을 이용하여 서로 바뀔 수 있는지 가능성을 DFT with B3LYP functional을 이용해서 비교했다. 그 결과로 전기장을 이용하여 기억분자의 spin crossover을 일으킬 수는 있지만 abnormally strong electric field를 써야 한다는 사실을 알아냈다. 이번 연구를 토대로 추후의 연구를 위해, 기억소자가 되기 위하여 분자가 어떤 특징을 만족시켜야 하는지를 분석했다.

두 물질의 단순 혼합물에서 각 물질이 어떤 상을 가지고 행동하는지는 순수 과학은 물론이고 그것을 적용하는 공학에서도 역시 중요하다. 계를 표현하는 여러 가지 방법이 있지만, Lennard-Jones potential이 그 중 가장 단순하면서도 효과적이기 때문에 널리 쓰인다. 이 연구는 입자간의 에너지가 Lennard-Jones potential로 표현된 혼합물의 상변화를 Chemworks2의 "Mixed LJ particles MD" 프로그램으로 모사 실험 하고, 그 결과를 방사 분포 함수를 통해 분석했다. 분석을 통해서 Lennard-Jones 상수가 다른 두 가지의 경우에 대하여 각각 혼합물의 온도와 밀도 변화에 따른 상변화가 다르게 나타나는 것을 보였다.

최근 이상기후의 원인으로 손꼽히는 물질의 중심에는 이산화탄소가 있으며 이를 제거하기 위한 여러 연구가 진행되고 있다. 최근에는 전극이 있는 수조에 미생물을 넣고 이산화탄소를 화학적 에너지로 사용할 수 있도록 알코올로 변환시켜주는 시스템이 발표되었다. 이에 따라 본 연구진에서는 이러한 전극 시스템에서 이용될 수 있는 효소를 찾고 효소촉매화 반응의 메커니즘을 자세히 연구하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 효소인 Formate dehydrogenase (FDH)는 formate를 조효소인 nicotinamide adenine dinucleotide ($NAD^+$)를 사용하여 이산화탄소로 산화시키는 반응을 촉진시키는 효소이다. 본 연구에서는 이러한 FDH의 산화반응의 역반응을 이용하여 이산화탄소를 효과적으로 분해하는 메커니즘을 연구하기에 앞서 wild type의 반응 메커니즘에 대해 깊이 연구하고자 B3LYP 방법의 양자계산을 하여 반응의 transition state와 potential energy를 조사하였다.

The computational study on the fluoride ion binding with bis(bora)calix[4]arene has been performed using density functional theory and ONIOM model. The computed structure and fluorescent behavior of bis(bora)calix[4]arene was corresponded to experiment value. The binding energy for fluoride anion is computed to be 28.05kJ/mol in the chloroform solution. We also predicted that this sensing mechanism is only valid for fluoride ion in halogens. By analyzing molecular orbitals, binding with fluoride ion reduces energy differences between HOMO and LUMO, which leads to fluorescent sensing.

생물정보학의 다양한 이론적 내용과 계산적 방법들이 갈수록 전문화 되어짐에 따라 신약 개발, 신 물질 합성, 단백질의 구조 예측 등 다양한 분야에서 필요성이 커져가고 있다. 이 중 molecular docking 기술은 단백질과 특정 분자간의 결합 형태를 분자 모델링 기법을 통해 알아내는 방법이며 신약개발 연구에 큰 영향을 미치고 있다. Molecular docking을 통하여 분자간의 결합 형태를 예측하는 과정에서 Protein-ligand complex의 정확한 에너지 측정을 가능하게 하는 scoring function이 필요하다. 그런데 본 연구에서 사용한 B-Raf kinase protein 은 active site 부분에서 ligand와 receptor 간에 aromatic ring로 인한 ${\pi}-{\pi}$ interaction이 정확한 에너지 계산을 어렵게 한다. 이러한 ${\pi}-{\pi}$ interaction 부분의 에너지를 정확하게 계산하기 위해 양자역학 계산을 실시하였다. Active site 부분에서 ligand와 receptor에서 발생하는 각각 다른 5개의 ${\pi}-{\pi}$ interaction 구조를 준비하여 Gaussian을 통해 양자역학 에너지를 계산하였다. 그리고 이러한 결과 값들이 ligand의 활성 값과 어떤 상관관계를 갖는지 살펴보았다. 그 결과 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 양자역학으로 계산한 값이 그렇지 않은 것보다 더 좋은 상관관계를 보여주었다. 이는 특별한 구조의 영향으로 ligand와 receptor 간의 결합에너지를 정확하게 계산하기 어려운 문제에서 양자역학을 적용할 경우 더욱 좋은 결과값을 얻을 수 있었다. 또한 이러한 데이터가 신 물질 개발이나 신약 개발 등의 다양한 분야에서 계산화학 방법이 신뢰성을 얻는데 도움 될 수 있다고 생각된다.

Diels-Alder 반응은 유기합성에서 중요하게 다뤄지는 고리형성 반응으로 위치 선택성과 더불어 단일 단계 반응이기에 특이한 입체 선택성을 갖는 것으로 알려졌다. 그러나 실제로는 단계적 반응 경로도 존재할 수 있음을 발견하였는데, 이 경우에 갖는 위치 선택성과 입체 선택성은 달라질 가능성이 높다. Density Functional Theorem(DFT)로 계산한 결과, 비대칭 Diels-Alder 에 대해 단계적 반응의 경우에도 마찬가지로 유사 ortho 형태에 endo 지향성을 나타내었지만 대칭 Diels-Alder 반응에 비해 단계적 반응이 일어나기 힘들다는 결론을 얻을 수 있었다.

Jianbo Wang의 그룹에서 최근 발표한 무촉매 분자 내 탄소-탄소 결합 형성 반응의 메커니즘을 계산 화학적으로 평가한다. 이 반응은 금속 촉매를 사용하지 않는다는 점과 Bio activity 를 갖는 Hydroxy-substituted Polycyclic Aromatic Compound (PAC)를 손쉽게 합성할 수 있다는 점에서 중요하다. Diazo moiety를 갖는 분자의 반응이 일반적으로 진행할 수 있는 세 가지 반응 경로가 제시되었고, DFT functional을 이용해 중간체 및 전이 상태에 대한 최적화 구조 및 에너지를 얻었다. 탄소-탄소 결합의 원천을 탐구하기 위해 Natural bond orbital charge calculation과 치환기 효과에 대한 계산이 수행되었다. 계산 결과, 중간체로 Triplet carbene을 형성하는 경로가 가장 불안정한 중간체를 형성했고, Tosylate가 해리되기 전 탄소-탄소 결합이 형성되는 경로가 가장 합리적인 반응경로임을 알 수 있었다.

2012년 G 단백질 연결 수용체(G-Protein Coupled Receptors ; GPCR) 연구가 노벨 화학상을 받았다. 상당히 많은 병과 관련되어 있어 잠재력이 크고, 많은 연구가 진행 중이다. 현재 리간드와 단백질간의 정전기적 포텐셜 연구를 통한 예측 연구가 진행되고 있지만, GPCR과 리간드 간의 연구에서 아직 리간드의 전하를 통한 단백질과 리간드간의 상호작용 예측 연구가 되어 있지 않다. 그렇기 때문에 이번 연구에서는 8가지 방법으로 전하(charge)를 띠게 하여서 단백질과 리간드의 상호작용을 계산을 통하여 예측하여 보았다.

Understanding interactions between nanoparticles and lipid bilayer membranes is of great importance due to the potential applications in bio-nanotechnology such as drug deliveries, carrying genes, and utilization of integral membrane proteins. To investigate the dynamics of nanoparticle penetration and translocation into membranes, we performed dissipative particle dynamics simulations which use simple and intuitive coarse-grained models yet effectively describe hydrodynamic interactions in cell environment. We discuss the influence of the shape of nanoparticles as well as the properties of membranes including large membrane-embedded proteins that are found to significantly affect orientation of nanoparticles within membranes and, in turn, the minimum force required to translocate nanoparticles.

카이랄 ${\alpha},{\beta}$-불포화 N-Acyloxazolidinone은 Diels-Alder 반응의 친다이엔체로서 dialkylaluminium chloride 촉매하에서 높은 반응성과 부분입체선택성을 가지는 것이 이미 실험적으로 알려져 왔다. 제안된 Diels-Alder 반응의 메커니즘을 토대로 진행한 DFT 계산에서 dimethylaluminium chloride(이하 DMAC)는 $TiCl_4$에 비해 높은 endo 선택성을 띄는 반면, $TiCl_4$는 부분입체선택성에서 우세했다. 특히 DMAC는 현저히 낮은 활성화 에너지를 나타내어 이론적으로 반응속도의 측면에서 상당한 이득이 있음을 예측할 수 있다. 또한 chiral auxiliary로서 phenyl과 isopropyl은 구조적인 차이로 인해 선택성에서 역시 차이를 보였다. 계산화학적인 방법을 통한 입체선택적 Diels-Alder 반응의 분석은 알려진 메커니즘에 대한 명확한 증거를 제시할 뿐만 아니라 다른 유기합성 반응에 있어서 새로운 반응을 개발하는 데 이론적인 근거를 뒷받침 한다.

원자 힘 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 탐침과 표면 사이의 좁은 틈에서 형성되는 나노미터 크기의 물 메니스커스는 AFM을 사용하여 측정하는 이미지에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 격자 기체 기반의 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 탐침의 곡률과 결합 에너지 특성이 메니스커스의 형상과 그로 인해 발생하는 모세관 힘에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 일반적으로 탐침의 곡률이 커질수록, 친수성이 작아질수록 메니스커스 폭은 좁아지고 모세관 힘이 줄어드는 것을 확인하였다.

NPT ensemble을 이용하여 Joule-Thomson 반전 곡선 (Joule-Thomson inversion curve, JTIC)를 구하는 기존의 모의실험 방법들과는 달리, 본 연구에서는 NVT 분자동역학 모의실험을 이용하여 JTIC를 구하는 방법을 개발하고, 이 방법을 이용하여 아르곤 기체의 JTIC를 구할 수 있음을 보인다. 본 연구 결과를 실험 및 다른 이론들과 비교, 분석한 결과, 낮은 온도에서의 JTIC는 실험 및 이론 결과와 유사한 반면, 높은 온도에서는 일정 정도의 차이를 나타냄을 알 수 있다. 이 차이는 분자동역학 모의실험에 사용하는 적은 입자 수와 모의실험 시간, 그리고 curve fitting 방법 등에 기인하는 것으로 여겨진다. 또한 본 연구를 통하여 NVT 분자동역학 모의실험 방법만 가능한, EDISON 계산화학 프로그램 중 하나인 "Mixed LJ(12-6) particles MD"가 JTIC를 구하는데 유용하게 사용될 수 있고, 이를 통해 학부생들이 열역학의 기본 개념을 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대한다.

본 연구는 두개의 서로 다른 LJ 입자가 혼합된 계에 대하여 이들 사이의 LJ parameter 변화가 어떠한 영향을 미치는지 모의실험을 하였다. 조사 대상은 비활성 기체인 He과 Xe을 기준으로 하여 이들의 LJ parameter를 기준값으로부터 일정하게 변화시키며 열용량을 관찰하여 진행하였다. 분자간 상호작용만을 고려하여, 단원자 기체인 비활성 기체의 Lennard-Jones potential energy를 구하였다. Epsilon 값과 sigma 값을 바꿔 Lennard-Jones potential energy의 변화를 알아보고자 한다. 본 연구를 통해 sigma, epsilon 값이 클수록 Lennard-Jones potential energy가 커진다는 것을 알 수 있었다.

Phenylalanine Ammonia Lyase (PAL)는 phenylalanine의 산성도가 더 큰 ammonium hydrogen 과는 반응하지 않고 그것의 nonacidic ${\beta}$ proton을 제거하는 역할을 한다. Phenylalanine은 electrophilic 그룹을 갖고 있으며 지난 30 여년 동안 phenylalanine의 electrophilic 그룹이 PAL의 반응 기작에 중요한 역할을 한다고 믿어왔다. 그러나 최근 X-ray와 UV spectroscopy를 통하여 상당히 electrophilic 한 5-methylene-3,5-dihydroimidazol-4-one (MIO) 그룹이 발견되었다. 이전의 연구들은 실험을 통하여 MIO와 관련된 electrophile에 의한 Friedel-Crafts Attack 메커니즘과 electrophile에 대한 nucleophilic addition 메커니즘을 제시하였으며, 본 연구진은 양자계산을 통하여 두 가지 메커니즘의 에너지 차이를 살펴봄으로써 더욱 합리적인 메커니즘을 제시, 규명하고자 한다. 본 연구에서는 특히 electrophile에 대한 nucleophilic addition 메커니즘에 대하여 양자계산을 이용하여 반응물, 생성물, 전이상태의 분자 구조를 제시하고 반응이 일어나는데 필요한 에너지를 계산하고자 한다.

본 실험에서는 탄소 cluster 중에서 fullerene 구조를 가질 수 있는 가장 작은 cluster인 $C_{20}$ cluster에 대해, 기존 연구에서 가장 안정한 것으로 제시된 cage(fullerene), bowl, ring의 3가지 구조와 $Si_{20}$ cluster를 모방한 구조 하나의 안정성을 확인하였다. ab-initio calculation을 지원하는 Edison nanophysics의 LCAODFLab을 이용하여 LDA-CA, GGA-PBE 두 가지 방법으로 계산하였다. 계산 값을 바탕으로 각 구조의 원자화에너지를 비교한 결과 LDA와 GGA 모두 cage, bowl, ring의 순서로 안정하였다. 최적화한 구조에 대하여 구조분석을 진행하였다. 최적화 결과 Bowl은 $C_{5v}$, ring은 $D_{10h}$, cage는 $C_{2h}$ 대칭성을 가지는 구조였으며, LDA, GGA 계산 모두 $C_{20}$ 구조의 spin polarization에는 영향을 받지 않았다.

실리콘 나노선 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transisor: FET)의 특성을 시뮬레이션을 통해 연구하였다. 일반적인 트랜스컨덕턴스(transconductance) 값을 이용하여 소자의 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 추출했고, Y-function 방법을 이용하여 저전계 이동도(low field mobility)와 문턱전압(threshold voltage)를 구했다. 채널길이가 10nm로 매우 짧을 때와 100nm의 일반적인 길이 일 때의 전하 이동도 특성을 비교하여 Si 나노선 FET의 쇼트 채널 효과(short channel effect)를 보았다.

The atomic and electronic properties of molybdenum disurfide ($MoS_2$) nanostructures are investigated through density functional theory (DFT) calculations. We find that the band gap is indirect (about 1.79 eV) and direct (about 1.84 eV) in GGA for 2-dimensional $MoS_2$ in our calculations. On the other hand, 1-dimensional armchair nanoribbons have semiconductor properties (band gap is about 0.11~0.28 eV), while 1-dimensional zigzag nanoribbons are metallic.

기존 플래시 메모리의 물리적 한계를 극복하여 저전압, 저전력 비휘발성 메모리 소자를 얻기 위해서는 터널링 장벽 제어가 필수적이며, 저유전체와 고유전체를 적층한 VARIOT 구조는 터널링 장벽 제어에 매우 효과적이다. 우리는 비평형 그린함수 방법을 이용하여 전자 수송을 계산함으로써, VARIOT 구조가 기존의 단일 유전층 구조에 비해 비휘발성 메모리 관점에서 얼마나 향상되었는지를 분석하고, 터널링 장벽 제어에 있어 고유전체가 가져야 할 가장 유리한 조건을 찾아내었다. 또한 유효질량이 에너지 장벽(유전층)의 전계 민감도와 거의 무관함을 보임으로서 시뮬레이션 결과가 합리적임을 증명하였다.

Self-assembly of the molecular system of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride (PTCDA) and the amide analogue (PTCDI) is of potential importance for organic semiconductor devices. Therefore we studied the density of states (DOS), the charge densities, and intermolacular bond lengths for PTCDA and PTCDI using the density functional theory calculations.

본 연구에서는 S/D이 n+/n+로 구성된 CNT-MOSFETs, 금속으로 이루어진 SB-CNTFETs와 p+/n+로 구성된 CNT-TFETs에 대한 각각의 $I_d-V_g$ 특성과 포텐셜 프로파일을 확인하였다. 그리고 각 소자의 특성 및 특징을 연구하고, 이 중에서 BTB에 가장 큰 영향을 받는 CNT-TFETs의 특성을 $V_{DS}$, 분자 비대칭성과 $T_{ox}$에 따른 특성 변화를 연구하였다. 그 결과 예상과 다르게 오히려 작은 $V_{DS}$와 큰 $E_g$을 가질 때, 향상된 SS를 가진다는 것을 확인 할 수 있었다. 특히, (7,0) CNT-TFETs에서 비록 $I_d$는 작지만, SS를 57mV/dec까지 개선할 수 있었다. 또한, $T_{ox}$를 얇게 하면, 비록 60 mV/dec 이하의 결과는 보여주지 못했지만, SS와 Ion 모두 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다.

In this study, we investigate the electronic and atomic structure of graphene on O-terminated MgO(111) using density functional theory (DFT) calculations. To suggest a possible direction for future band gap engineering of graphene on MgO(111), adsorption of carbon atoms on graphene/MgO(111) is studied by considering the several adsorption sites. Details in adsorption properties of carbon atoms on graphene/MgO(111) are analyzed in terms of energy band structure.

본 논문에서는 실리콘 나노선 구조를 갖는 모스펫 (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors, MOSFETs)과 쇼트키 장벽 트랜지스터 (Schottky-Barrier(SB) MOSFETs, SB-MOSFETs)의 전기적인 특성을 양자역학적 시뮬레이션 계산을 통해 비교하였다. 쇼트키 장벽 높이 (Schottky Barrier, ${\phi}_{SBH}$)에 따른 SB-MOSFETs의 터널링 특성을 분석하고, 소스/드레인 (S/D) 길이가 변함에 따라 달라지는 S/D 저항을 계산하여, ${\phi}_{SBH}$가 0eV인 SB-MOSFETs의 On과 Off $I_D$ 비율 ($I_{ON}/I_{OFF}$)이 MOSFETs보다 개선될 수 있음을 보였다.

We studied the thermal and electron properties of covalent one-dimensional (1D) monatomic linear chains of carbon, particularly carbyne. We found the ${\alpha}$-carbyne (Polyyne, alternating single and triple C-C bond co-existing) is more stable than ${\beta}$-carbyne (Equally-spaced based on C-C double bond) energetically. As investigation of electron density of states (EDOS), polyyne and cumulene had different electronic characteristic, which corresponding metallic and semiconducting respectively. We also calculate the phonon dispersion, phonon density of states (PDOS) and phonon transmission of carbynes.

In this paper, novel Carbon Nanotube Gate-Elongated Tunneling Field Transistor(CNT G-E TFET) is proposed. This proposed device is designed to decrease off-current around 2~6 orders of magnitude compared to the gate-channel size matched TFET. Mechanism of CNT G-E TFET creates additional steps in energy band structure so that off-current can be reduced. Since CNT TFETs show a great probability for tunneling processes and they are beneficial for the overall device performance in terms of switching speed and power consumption, CNT G-E TFET looks pretty much promising.

Topological insulator (TI) has non-trivial metallic surface states and has provoked many studies of property of this metarial. One of TI, $Bi_2Se_3$ is the promising metarial due to application of quantum devices. We investigate the effect of Ag adatom in the $Bi_2Se_3$ (111) surface. The silver atom prefers to locate within the vdW gap between the QLs rather than on the top surface. The effect of Ag adsorption is the rise of the Fermi level implying that the adsorbed Ag atoms behave like electron donors.

EDISON 나노물리 사이트에 탑재된 탄소나노튜브 FET 소자 시뮬레이션 툴을 이용하여 나노 CNT 소자에서의 p-n접합이 갖는 특성을 살펴보았다. 순방향 바이어스에서는 일반적인 p-n접합과 유사한 특성을 보이나 그 원리는 다름을 알 수 있었으며, 역방향 바이어스에서는 밴드 대 밴드 터널링에 의한 전류가 발생함을 확인하였다. 또한 이러한 역방향 바이어스 하의 전류가 도핑농도에 따라 변함을 확인하여 실제 CNT 소자의 도핑농도를 예측해볼 수 있는 가능성을 확인하였다.

탄화규소(SiC)는 물리적 성질이 뛰어나 여러 전자기기에 다양한 활용 가능성이 제시되고 있다. 이 논문에서는 2D 구조의 탄화규소 벌집 구조에 대하여 전자 구조 계산을 수행하고 탄소와 규소의 2D 구조체와 전자구조적 차이점을 논의했다. 단원자 2D 구조와는 달리 탄화규소의 합성 구조는 반도체의 성질을 띄는 것으로 나타났고, 이는 두 원자 간의 전기음성도 차이로 인한 전자의 국소화 현상 때문인 것으로 분석되었다.

Nano MOS with $Er_2O_3/SiO_2$ double-layer gate dielectrics was demonstrated by EDISON Nanophysics software. Double-layer structure decreases the gate leakage current in two orders compared with $SiO_2$ single-layer gate dielectric.

We investigate co-doping effects of conjugated P-N B-N with increasing of N concentration in the graphene sheets using a first principles based on the density functional theory. N doping sites of the graphene consider two possible sites (pyridinic and porphyrin-like). Energy calculation shows that additional doping of B atom in the porphyrin-like N doped graphene ($V+B-N_x$) is hard to form. At the low chemical potential of N, one N atom with additional doping in the graphene ($V+P-N_1$, $P/B-N_1$) has low formation energy on the other hand at high chemical potential of N, high concentration of N ($V+P-N_4$, $P/B-N_3$) in the graphene is governing conformation. From the results of electronic band structure calculation, it is found that $V+P-N_4$ and $P/B-N_3$ cases change the Fermi energy therefore type change is occurred. On the other hand, the cases of $V+P-N_1$ and N+B recover the electronic structure of pristine graphene.

A semiconducting single-walled carbon nanotube (SWCNT) field-effect transistor (FET) in a top-gate model was constructed. The effect of different high-${\kappa}$ dielectric materials ($Al_2O_3$, $HfO_2$ and HfSiON) and various temperatures with a wide range from 50K to 500K on the performance of such nominal device were investigated. Several key device parameters including the on/off ratio of the current, transconductance ($g_m$), subthreshold swing, and carrier mobility were used to evaluate the device performance. The simulated results fit well with the experiment results previously published.

현재 반도체 산업에서는 고성능 저전력과 더불어 고 집적도가 가능한 재료 및 구조에 크게 주목하고 있고 여러 가지 이슈를 만족시키기 위해서 다양한 재료와 구조가 많이 연구 되고 있다. 특히 3-5족 화합물로 만들어진 나노선은 소자의 미세한 구조적 제어를 가능하게 하고 1차원 구조적 특성에 의해 전기적 특성이 우수하여 전계효과 트랜지스터(FET) 소자에 적용 시키기 적합하다고 알려져 있다.[1,2] 이번 연구에서는 최근 많이 연구되고 있는 GaAs 나노선을 기반으로 하는 전계효과 트랜지스터의 소자특성 및 전기적인 특성에 대해 EDISON 시뮬레이터를 이용해 알아보았다. 또한 채널 두께 및 길이와 게이트 산화막 층 두께에 따른 소자의 전기적 특성에 대해서도 연구하였다. 이를 통해 GaAs 나노선 기반 전계효과 트랜지스터의 최적화된 소자를 알아 보았다.

In this paper, we study the channel doping concentration characteristics of junctionless nanowire transistors (JLT) using Edison nanowire FET device simulation. JLT has no junctions by very simple fabrication process. And this device has less variability and better electrical properties than classical inversion-mode transistors with PN junctions at the source and drain. In this simulation we use tri-gate structure. Source and drain doping concentration is $10^{20}atoms/cm^3$. The simulation results show that I-V characteristics of JLT change due to the variation of channel doping concentration.

We apply a density functional theory (DFT) and DFT-based non-equilibrium Green's function approach to study the electronic and transport properties of graphene nanoribbons (GNRs) co-doped with boron-nitrogen, nitrogen-phosphorus and boron-phosphorus. We analyze the structures and charge transport properties of co-doped GNRs and particularly focus on the novel effects that are absent for the single N-, B-, or P-doped GNRs. It is found that co-doped GNRs tend to be doped at the edges and the electronic structures of co-doped GNRs are very sensitive to the doping sites. Also, in case of B-N and B-P co-doped GNRs, conductance dips of single-doped GNRs disappeared with the disappearance of localized states associated with doped atoms. This may lead to a possible method of band engineering of GNRs and benefit the design of graphene electronic devices.

We investigate special arrangements of lithium atoms adsorbed on graphene. By changing adsorption sites and increasing number of atoms, adsorption of lithium atoms on ($3{\times}3$) graphene is investigated using the density functional theory (DFT) calculations. In this study, three kinds of adsorption sites are considered, such as top, bridge and hollow sites.

이번 연구에서는 제일원리 계산을 통해 실리콘의 전자구조를 분석하였다. 특히 strain이 걸렸을 때에 실리콘의 전자이동도는 전자구조의 변화와 밀접하게 관련이 있음을 밝혔다. Strain이 걸린 경우와 그렇지 않은 경우에 대한 conduction band의 effective한 유효질량 계산을 하였고 이를 통해 tensile strain이 걸린 경우 전자의 이동도가 증가하는 것을 보였다.

How the different thickness of thin films of black-P has an effect on its electronic band structure and structure has been studied by using SIESTA code. Although the interaction between the thin films has something to do with band reduction, it does not affect the inter-atomic distance between two nearest neighbour puckered layers.

Ab initio DFT 계산을 통해서 $Si/SiO_2$ 계면의 Band offset을 계산 했다. Si과 $SiO_2$ 각각의 물질을 계산한 결과로 얻은 로컬 퍼텐셜을 기준으로 Valence band와 Conduction band의 band edge의 위치를 결정할 수 있다. 그리고 계면 계산으로 얻은 로컬포텐셜을 이용하여 두물질의 로컬 퍼텐셜의 상대적인 위치를 결정할 수 있고 이를 이용하여 Band offset을 결정 할 수 있었다.

Sub 10-nm thick of Si plate is simulated with the software for Nanowire Field Effect Transistor (FET) device simulation. With usual single crystal Si technology, it is difficult to realize flexible electronic devices. Here, we suggest a FET device based on thinned Si layer. The simulation implied a practical limitation of the Si plate thickness for flexible devices as 2 nm. With around this thickness, Si plate may have much flexibility than existing bulk MOSFETs.

A FeRh alloy is a well-known efficient magnetocaloric material and some experimental and theoretical studies of bulk FeRh have been reported already by several groups. In this study we report first-principles calculations on magnetic properties of different thickness FeRh thin films in order to investigate the possibility to enhance further the magnetocaloric efficiency. We used two methods of a Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) code and SIESTA package. We found that the FeRh thin films have quite different magnetic properties from the bulk when the thickness is thinner than 6-atomic-layers. While bulk FeRh has a G-type antiferromagnetic(AFM) state, thin films which are thinner than 6-atomic-layers have an A-type AFM state or a ferromagnetic (FM) state. We will discuss possibility of magnetic phase transitions of the FeRh thin films in the view point of a magnetocaloric effect. And we found 4-, 5-, 6-layers films with Fe surface and 7-layers film with Rh surface are FM and they have relatively small magnetocrystalline anisotropy (MCA) energy about less than 70 meV. The small MCA energy leads to reduction of the strength of magnetic field in operating a magnetic refrigerator.

초음속 조건에서 Busemann biplane은 충격파의 중첩에 의해 항력 감소가 일어난다. 그러나 받음각이 증가 할 경우, 앞전에서 궁형 충격파가 발생하여 항력이 급격하게 증가한다. 이에 본 연구에서는 busemann biplane에 플랩을 주어 궁형 충격파를 감소시킬 수 있는 flap biplane의 플랩 길이와 각도의 변화에 따른 공력 성능의 변화를 분석하였다. Flap biplane의 공력성능을 기본 biplane형상 및 diamond airfoil과 비교한 결과, 동일한 양력 조건에서 항력은 diamond airfoil에 비해 약 75%정도 감소함을 확인하였다. 그리고 플랩의 길이와 양항비는 선형의 관계가 있음을 확인하였고, 특정한 플랩의 각도에서 최대 양항비가 도출된다는 사실을 확인하였다. 마지막으로 전압력의 감소를 충격파의 강도로 정의하고, 이를 비교한 결과 flap biplane의 전압력 감소가 diamond airfoil에 비해 약 25%정도가 더 작게 나타난 사실로 부터 flap biplane의 소음 감소 효과를 유추할 수 있었다. flap biplane은 초음속 영역에서 항력과 소음의 감소에 효율적인 익형임을 확인하였다.

본 연구에서는 유체역학적인 후류 효과를 제어하고 항력을 이용하여 구체를 안정적으로 부양하는 방법을 해석 및 실험적으로 고찰하였다. 물체를 공중에 부양할 때는 물체가 받는 중력과 제트에 의하여 공급되는 항력이 평형을 이루어야 한다. 이 때 공기의 흐름의 레이놀즈 수에 따라 공기가 구체를 지나가며 구체후면에 생기는 후류에 의하여 부양상태가 불안정하게 될 수 있다. 구체의 운동이 제트에 의하여 안정되는 현상은 베르누이 및 코안다 효과로 설명할 수 있다. 에디슨을 이용하여 레이놀즈 수에 따른 실린더에 작용하는 항력과 후류에 의한 불안정화 힘을 해석적으로 구하였으며 이를 실험적으로 고속카메라를 이용하여 부양 거리, 안정도 등을 측정하여 비교하였다. 고찰 결과 레이놀즈 수가 작을수록 더 안정됨을 확인하였다.

연잎성게가 몸체의 방향을 유입류에 평행하게 맞추어 포식하는 이유에 대해서는 크게 유체역학적인 설명과 생태학적인 설명이 양립하고 있다. O'Neill과 Nakamura와 같은 연구자들에 의해 연잎성게의 이러한 행태를 유체역학의 관점에서 설명할 수 있지만, 정작 셋 이상의 연잎성게 군집의 포식 효율에 대해서는 개체 수에 기반을 둔 생태학적 관점에 의존하고 있다. 따라서 본 연구에서는 연잎성게 군집 내에서의 개체들의 배열을 모델링하고, 다양한 군집 배열에서 개체들의 포식 효율을 EDISON_전산열유체 시스템을 활용해 분석하였다. 특히 포식 효율을 결정하는 과정에서 얇은 익형 이론을 이용함으로써 포식효율을 결정하는 유체역학적 특성이 양력계수임을 확인하였다.

본 논문은 일반 항공기와 카나드를 장착한 항공기의 차이점을 알아보기 위해 카나드와 주익의 수평위치에 따른 공력특성을 비교하였다. 카나드를 장착한 비행기는 비행 안정성에 이점을 얻을 수 있고 주익(Main wing)에서의 실속 현상을 미연에 방지 할 수 있는 장점이 있다. 이러한 현상을 알아보기 위해 카나드와 주익간의 위치를 변화시켜 그에 따른 공력특성을 EDISON 프로그램을 통해 해석하여 보았고 이를 ANSYS의 FLUENT를 이용하여 해석한 결과와 비교분석하여 신뢰성을 확보 할 수 있었다.

본 연구에서는 원형실린더의 강제 수평 및 수직진동에 따른 와흘림을 관찰하였다. EDISON_CFD의 가상경계법을 이용하여 원형실린더 주위 유동현상을 수치 모사하였다. 원형실린더의 강제 진동 특성에 따른 와흘림 진동수, 공력계수 등의 영향을 분석하였다. 특히, 진동방향에 따른 와흘림의 영향을 분석하여, 원형실린더의 강제 진동에 따른 유동의 선형성을 평가하였다.

Converging-diverging 노즐은 시스템 내부 유동에 적용되는 속도면적 법칙을 통해, 아음속 유동을 초음속으로 만드는 장치이며, 항공기 엔진 등에서 추력을 얻기 위해 쓰인다. 이상기체, 등 엔트로피를 가정한 동일 입구 조건에서, 출구로 빠져나오는 유동의 속도는 오직 면적 비에만 관계한다. 그러나 실제현상에서는, 출구에서의 유속이 유동의 압축성 효과 및 벽면에서의 전단력 등으로 인해 노즐 형상마다 상이한 결과를 낳는다. 본 연구에서는 EDISON Simulation을 활용하여 다양한 노즐 형상에 따른 출구에서의 Mach number를 구하고, 각각의 결과로부터 경향성을 찾는다. 또, 계산 결과를 이론식을 통해 도출되는 결과와 비교한다.

본 연구에서는 인간동력 항공기의 주익에 적용할 에어포일 형상에 대한 공력 특성을 파악하였다. 인간동력 항공기 날개에 적용하기에 적절한 에어포일을 조사하였으며, DAE11, DAE21, DAE31, SG6043 익형에 대하여 전산유체해석 프로그램인 EDISON_CFD를 통하여 비교하였다. 인간동력 항공기의 낮은 비행속도를 감안하여 $6{\times}10^5$의 저 레이놀즈수에서 받음각에 따른 양력계수, 항력계수, 양항비 등을 얻어내어 상호 비교 분석하였다. 본 연구를 통해 인간동력 항공기 주익에 적용할 저 레이놀즈 에어포일 형상을 최종적으로 선택할 수 있는 근거 자료를 확보하였다.

이번 연구에서는 de Laval nozzle를 이용하여 다양한 유체해석 모델과 프로그램을 비교하여 그 성능을 파악하였다. de Laval nozzle은 eigenvalue에 의해 eigenvector값이 '-'와 '+'값을 동시에 갖는 물리현상을 내포하고 있으며, 압력조건에 따라 내부에서 Normal shock이 발생하게 된다. 이러한 non-linearity를 현재 우리가 주로 사용하고 있는 상용프로그램(cfx, fluent)과 EDISON, 직접 코딩한 프로그램(Matlab이용)이 얼마나 잘 표현하는지 알아보았다. 그 결과 Van Leer Vector Splitting을 이용할 경우 물리현상을 제일 잘 표현 하였다. 또한 난류 유동(Turbulence flow)을 고려하게 될 경우, Mesh가 Boundary layer를 표현할 정도로 정밀하지 못하다면 제대로 된 해석 결과를 얻을 수 없었으며, Wall 근처에서 Non-slip condition에 의해 Vortex가 형성되고, 이 Vortex가 Back flow를 유도하여 해가 수렴하는데 방해를 하게 됨을 알 수 있었다. 이를 방지하기 위해서는 유동이 잘 표현될 수 있도록 적절한 Computational environment를 형성해 주는 것이 매우 중요하다.

초임계 익형은 천음속 영역에서 비행하는 상업용 민간 항공기와 전투기 날개의 공력성능을 향상시키기 위해 Whitcomb R. T.가 제안 하였다. 초임계 익형은 상부표면을 평평하게 디자인하여 임계마하수보다 큰 마하수에서 나타나는 익형 주위의 충격파 출현을 지연시킴으로써 항력을 줄일 수 있고, 상부 표면의 평면 설계로 인한 양력 감소를 보정하기 위하여 하부 표면의 꼬리부분에 캠버가 있는 형상을 하고 있다. 본 연구에서는 EDISON CFD를 이용하여, 초임계 익형의 공력특성을 해석하고 Xfoil의 data와 비교 분석하였다. 또한, 초임계 익형의 형상을 변경하여 두께와 뒷전 캠버가 다른 초임계 익형을 설계하였다. 새로운 초임계 익형의 형상은 상용 프로그램 Maple12을 이용하여 Whitcomb Integral Supercritical Airfoil의 형상을 수정하여 구할 수 있다. 초임계 익형 주위의 유동을 2D압축성 유동으로 가정하고 EDISON CFD의 2D_Comp-2.0 솔버를 사용하여 수치해석을 수행하였다.

공동주위의 유동에 대한 연구결과를 보면 개방형 공동(L/D<10)과 밀폐형 공동(L/D>13)으로 구별하는 데 개방형 공동은 앞전에서 발생한 자유전단층이 뒷전 부근에 재부착하여 공동을 완전히 연결하므로, 자유전단층과 외부유동과의 상호작용으로 발생하는 심한 압력변화에 의해 진동현상이 나타나게 된다. 이것은 큰 소음을 유발하고, 구조물의 고장 혹은 파괴의 원인이 되기도 하고, 공력 성능 및 안정성에 해를 주고 민감한 계기를 손상 시킬 수도 있다. 본 논문에서는 공동을 연구하기 위해 EDISON_CFD를 사용하여 공동의 시뮬레이션하기 위해 격자를 구성하고 세장비를 각각 1/5, 1/3, 1/2, 1, 2, 5 로 변화를 주어 M=1.5 일 때 밀도, 압력, 마하수와 유동구조를 세장비에 따라 결과를 비교, 분석한다.

일반적으로 건축물의 설계시 풍동 실험을 통한 풍환경의 평가를 수행하고 있으며, 이는 환경 영향 평가법에서 정한 건축 사업 시행 시 수반되어야 할 자연환경, 생활환경 그리고 사회경제환경의 영향 평가의 일환으로 실시되고 있다. 그러나, 풍동 실험의 경우 여러 가지 현실적 제약조건으로 설계와 실험의 피드백 (Feedback)이 원활하지 못하며, 특히 대상 건축물이 공장과 같이 대기 오염원이 되는 경우 실험은 더욱 어려운 형편이다. 이에 대한 보완책으로 전산 유체 역학을 이용한 건축물의 풍압 해석에 의한 풍하중 추정이나 인접 지형-지물의 영향을 고려한 건축물 주위의 풍환경 평가가 있다. 전산 모사에 의해 풍동 실험의 미비점을 보완하고, 보다 상세한 정보를 확보함으로써 건축물의 구조적 안전성의 증대와 환경 피해 감소를 기할 수 있다. 그러나 복잡한 지형-지물이나 건축물 주위의 풍환경에 대한 전산 모사는 주로 두 가지의 기술적 어려움을 수반하게 되다. 그 중 하나는 고정 경계면을 이루는 형상의 복잡성으로 인해 기존에 많이 이용하고 있는 Body-fitted 격자계를 이용하는 경우, 격자 생성 과정이 매우 복잡하고 어려울 뿐 만 아니라 생성된 격자가 주로 비정렬 (unstructured) 특성을 갖게 되어 수치해석 과정의 효율을 저하시키는 요인이 되며, 격자의 형상도 수치해석의 수렴성을 저하시키는 예가 많다. 다른 어려움으로 풍환경은 전형적인 난류 유동장으로서 난류의 전산 해석은 아직도 해결하지 못한 부분이 많다는 점이다. 이에 본 논문에서는 복잡한 지형-지물이나 건축물의 풍하중과 풍환경의 전산 모사 기술 확보를 위하여 수행중인 연구의 일환으로 물체 형상의 기하학적 복잡성의 극복을 위한 가상경계법 (Immersed Boundary Method)과 난류 유동장의 물리적 엄밀성을 높이기 위한 다와동 모사 (Large Eddy Simulation)을 이용한 물체 형상과 무관한 유동장 해석 기술 개발에 대하여 다루고자 한다. 먼저 최근에 유동 해석에 이용되는 방법인 가상경계법(IBM)은 물체를 포함한 전체 전산 영역을 직교 좌표계에 의해 이산화하고, 유동장내 존재하는 물체의 표면에서의 점착 조건을 만족시키기 위하여 지배 방정식에 적절한 외력을 추가로 고려하는 방법이다. 본 연구에서는 가상경계법을 이용하여 경계층에 위치한 건물 형상의 각진 물체 주위 사이에 형성되는 공동 내부의 비정상 유속 및 압력에 대한 전산 해석을 수행하고, 풍상측 전면에 형성되는 경계층에 의한 영향을 분석하였다.

본 연구에서는 아음속 저 레이놀즈 수에서 NACA0012에 나타난 층류 박리 거품과 천이유동에 대해 연구하였다. 천이유동조건과 완전난류유동 조건에 따른 EDISON 계산 결과 값과 실험값의 공력계수를 비교하였다. 또한, EDISON 계산 결과 값과 Xfoil을 이용하여 나온 결과 값의 천이점 비교를 통해 Xfoil의 천이 모델과 EDISON 천이 모델간의 차이를 비교하였다.

현대에 이르러 초음속 운영 영역에서의 항공기에 대한 많은 연구가 진행되고 있으나, 음속 폭음 현상과 충격파 현상에서 야기된 높은 항력 및 연료 효율성 저하로 인하여 그 한계에 부딪치고 있다. Busemann 복엽 익형은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 형상이며, 상하 형상에 의한 파동 상쇄효과 및 파동 감소효과를 통해 충격파의 강도와 음속 폭음 효과를 감소시키는 형상이다. 하지만 본 익형은 탈설계 조건에서 항력 계수가 급격하게 증가하는 등의 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 EDISON_CFD를 이용하여 Busemann 복엽 익형의 주변 유동 특성에 대하여 면밀한 고찰을 수행하였다. 우선 Busemann 복엽 익형의 초기 형상에 대한 유동 조건별 해석을 통하여 탈설계 조건에서의 항력 성능 저하 문제에 대한 고찰을 하였다. 이후 3개의 형상 변수에 대한 매개 변수 연구를 통하여 익형의 각 형상 변수가 탈설계 영역 및 해당 영역에서의 최대 항력 계수에 미치는 영향에 대한 고찰을 수행하였으며, 이를 통하여 기존 형상보다 좁은 탈설계 구간을 가지고, 최대 항력 계수가 약 34.8% 감소한 부스만 복엽 익형을 설계하였다.

고속열차의 운행속도가 증가함에 따라 이전보다 공기역학적인 요소들의 중요성이 커지고 있다. 열차와 터널의 형상설계뿐만 아니라 주변 환경을 위해 고속 주행하는 열차 주변의 유동장을 이해할 필요성이 있다. 본 연구에서는 고속 주행으로 인해 열차 주변에 발생하는 열차풍을 분석하여 선로 주변에 작용하는 풍하중을 계산하였고, 터널 주행 시 발생하는 압력변동과 객차 연결부의 비정상 열린 공동 유동을 살펴보았다. 그 결과 2차원 해석의 정량적 한계점이 나타났지만, 정성적인 경향은 선행연구와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 따라서 고속열차 주변의 공기역학적 특성의 이해와 열차 및 터널의 형상 변화에 따른 상대적인 비교를 위해서는 EDISON_CFD를 이용한 2차원 해석이 유용함을 볼 수 있었다.

익형의 형상이 대칭인 NACA00xx 시리즈의 두께 비 변화에 따른 익형의 공력 특성을 조사하였다. 익형주위의 유동을 2D-압축성 유동으로 가정하여 비선형 유동방정식인 2D-Comp-2.0 solver를 사용하여 수치해석을 수행하였다. 주어진 두께 비에 대한 mesh study를 수행하고 수치해석의 결과는 Fluent 6.3의 수치해석 결과와 비교 분석하였다. 또한 선택 된 최적의 mesh size를 이용하여 익형의 두께비에 따른 양력계수와 항력계수를 비교 분석 하였다. 수치해석 결과로부터 익형의 두께비가 증가할수록 양력계수와 항력계수는 증가하였으며, 또한 받음각의 크기에 따른 익형의 공력특성은 받음각이 증가할수록 양력계수와 항력계수는 증가하였다. 일반적으로 익형의 두께비가 증가하면 shock wave의 강도는 증가하고, shock wave의 위치는 익형의 끝단으로 이동한다. 본 연구에서는 NACA00xx 시리즈의 공력특성에 대한 이해뿐만 아니라 Edison CFD 코드를 이용하여 얼마나 우리가 정확하게 공력해석을 수행할 수 있는지에 중점을 두었다.

본 연구에서는 Main Rotor Blade Tip 형상 변화에 따른 후류해석을 통해 와류 생성 및 주변 유동을 분석하여 블레이드 팁 형상의 변화가 와류 간섭을 감소시키는지의 여부를 확인하였다. EDISON CFD를 이용하여 블레이드 Blade Tip 형상에 따라 유동이 어떻게 나타나며, Blade 후류의 압력과 점성의 변화를 분석하여 와류의 양상을 해석하였다. 비교 Blade 형상은 2세대 긴 직사각형 모형, KUH 수리온의 Blade, 유로콥터사의 'Blue Edge'로 비교적 최근에 개발된 대표적인 Blade Tip 형상 3개로 정하였다. 결과를 토대로 블레이드 뒷전의 와류흐름 양상을 확인하여 블레이드 와류 간섭현상의 감소를 확인하였다.

본 연구에서는 천음속 전투기 무장창 내부의 압력 진동을 제어하기 위해 F-111의 무장창을 2차원 공동(Cavity)으로 모델링하고, EDISON_전산열유체 시스템을 활용하여 공동의 형상 변화에 따라 발생하는 유동 특성을 분석하였다. 최근의 전투기들은 항력 감소와 스텔스 기능을 위해 무기를 기체 안에 내장하는데, 덮개를 열 때 발생하는 공동 형상에 의해 강한 압력 진동이 유발된다. 이러한 진동은 무장창과 주변 기계 장치에 구조적 진동을 일으키고 고장 또는 파괴를 유발하므로, 근본적인 해결책이 필요한 중요한 문제이다. 본 연구에서는 진동의 원인이 되는 전단층(Shear layer) 불안정성을 해결하기 위해 기존에 연구된 형상(Leading edge extension 및 Ramp)과 본 연구에서 새로 제안한 Ramp extension을 적용해 보았다. 그 결과 압력 진동의 원인이 되는 유동 특성이 줄어들고 압력 진동 역시 감소했음을 관찰할 수 있었다.

관내의 유량을 제어하는 볼 밸브(ball valve)는 개폐각도(opening degree)가 커짐에 따라 출구에서 유속이 증가하고 밸브(valve)의 입 출구 간 압력강하(pressure drop)가 증가한다. 출구에서의 압력이 작동유체의 포화증기압보다 낮아질 때 공동현상(cavitation)이 발생한다. 관내에서의 공동현상은 배관시스템의 진동 및 소음, 부식 등에 있어서 악영향을 미칠 수 있으므로 설계에 매우 중요한 요소이다. 버터플라이 밸브를 비롯한 다른 밸브에서는 공동현상감소에 대한 연구가 많이 이루어졌다. 이에 본 연구에서는 볼 밸브 내 유동 특성(characteristic of flow)과 볼 밸브의 입출구간 압력강하를 줄이는 연구를 수행하였다. 개폐 각도와 그에 따른 압력강하와의 관계를 Edison_전산열유체를 사용하여 분석하고 공동현상을 감소시킨 볼 밸브의 설계를 제시 하였다.

NACA 계열 익형의 경우 양력 계수와 양항비는 레이놀즈수가 낮아질수록 감소하는 경향을 보이기 때문에 초소형 항공기에 적용이 어렵다. 따라서 저레이놀즈수 영역에서 높은 양항비를 가지는 익형의 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 원격 조종 비행기에서 사용되고 있는 KF Airfoil이 저레이놀즈수 영역에서 효율이 좋을 것이라 기대되어 연구를 수행하였다. EDISON CFD와 Fluent를 이용하여 $3{\times}10^3{\sim}3{\times}10^6$ 레이놀즈수 범위에서 KF Airfoil의 공력계수 해석을 수행하였다. 그 결과 $8{\times}10^3{\sim}1{\times}10^5$ 레이놀즈수 영역에서 양항비가 향상되었고 $1{\times}10^4$ 영역에서는 최대 37.3% 향상된 양항비를 확인하였다.

본 논문은 EDISON_CFD를 이용하여 관상동맥 분지관에서 점도에 따른 유체의 유동현상에 관하여 연구를 하였다. 뉴턴유체인 물의 점성계수 일때와 비뉴턴유체인 혈액의 Carreau model에서의 영전단율 점성계수(${\eta}_0$)와 무한전단율 점성계수(${\eta}_{\infty}$)일 때의 유동현상을 살펴보았다. 그 결과 점도가 증가할수록 재순환 영역에서 유체의 속도가 감소하였고 CF 및 CP값이 감소하는 구간의 수가 증가하여 벽면의 저전단응력으로 인해 생기는 재순환영역의 수가 증가하는 것으로 나타났다.

본 연구는 2차원 Compression Corner에서의 초음속 유동의 특성에 관한 수치적 해석을 목적으로 한다. 고속 유동에 관한 연구에 따르면 Compression corner에서 Peak pressure와 Recirculation region이 Flow velocity와 Corner angle에 의하여 크게 영향을 받는 다는 것을 알게 되었다. 지정된 Mach number에서 Corner angle을 $8^{\circ}{\sim}24^{\circ}$로 변화시켜 가면서 Supersonic flow에서 유동해석을 하였다. EDISON을 사용한 Compression Corner 유동해석 결과를 건국대학교 In-house code 'k-flow'를 이용한 결과, 실험 결과와 비교분석하였다.

천음속 영역에서 비행하는 에어포일 주위의 유동은 아음속 영역과는 달리 충격파(Shockwave)를 동반하고 이에 따라 복잡한 유동 현상이 발생한다. 본 연구는 천음속 영역에서 설계된 에어포일 주위의 유동에서 충격파 발생에 따른 유동변화의 특징들을 관찰하였다. 특히, 충격파에 의해서 발생하는 진동(Buffeting)과 경계층 유동 박리(Shock-induced boundary layer separation)현상에 대한 관찰과 일반적인 에어포일과 초임계 에어포일(Supercritical airfoil)간의 유동 특성의 차이점을 분석하였다. 본 연구를 위해서 EDISON CFD코드가 사용되었다.

본 연구에서는 교육 및 연구를 위한 CFD 해석 프로그램인 EDISON_CFD를 이용하여 자동차 Spoiler의 장착 유무에 따른 공력 특성을 분석해보았다. Spoiler가 장착되지 않은 자동차의 공력 특성을 확인하고, Spoiler의 길이에 따라 공력 특성이 어떻게 차이가 나는지 비교하였다. HONDA S2000 차량의 압력 계수를 구하였고, 자동차 길이의 3.5%, 7%, 14%에 해당하는 길이의 Spoiler를 장착하여 어떠한 변화가 발생하는지 확인하였다. 그 결과 Spoiler의 길이가 길수록 짧을 때보다 상대적으로 좋은 효율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서 전산유체해석 프로그램인 EDISON_CFD를 이용하여 차세대 항공기 날개 형상으로 각광받고 있는 초음속 비행조건을 갖는 Busemann 형식의 복엽기 형상에 대한 공력특성을 연구하였다. 날개는 압축성 조건에서 2차원 에어포일로 간략화 하여 모델링하였으며, 마하수에 따라 발생하는 충격파와 팽창파의 상호작용을 통한 소닉붐의 감소 형태를 분석해 보고, 마하수에 따른 항력계수를 얻어내었으며, 익형과 항력계수, 소닉붐의 상관관계를 분석하여 초음속항공기에서 복엽기 형상이 가지는 장단점에 대하여 연구하였다.

본 연구에서는 정사각형으로 모델링 된 실린더 주위에 균일한 유동이 흐를 때, 나타나는 이차원 층류 유동을 분석하였다. EDISON_CFD를 이용하여 각도의 변화에 따른 사각 실린더의 박리점에 의한 주위 유동 현상을 해석하였다. 격자 분해능과 시간 간격에 따른 정확성을 분석하였다. 각도의 변화에 따른 정사각 실린더의 양력계수와 항력계수를 확인하였다. 또한 한 주기의 자료값을 평균한 유동에서 박리점의 위치 변화와 주 와흘림의 길이를 분석하였다.

항공기의 날개에 걸리게 되는 하중은 설계단계에서 고정되기 때문에 이륙과 착륙 같은 특수한 상황에서는 Flap이나 슬렛 등의 고양력 장치를 이용하여 날개 단면 형상을 변화시킴으로서 양력계수의 변화를 유도하고 그에 따라 각 임무별 최적의 공력 성능을 제공할 수 있게 된다. 따라서 본 논문은 에어포일의 보다 효율적인 양력을 위해 slotted flap사이에 양력 향상 Tab을 설치하여 EDISON-CFD을 이용하여 분석하였다. 그리고 그 효과와 익형에 얻어지는 양력계수를 비교하였다. 에어포일의 Slotted Flap에 양력 향상 Tab의 유무에 따른 유동 장을 분석하여 양력을 수치 해석 적으로 비교해 보았다. 결과에서 얻어진 상수를 비교하였고 양력 향상 Tab의 효과를 분석해 보았다.