• 대한화학회지
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• 제59권6호
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• pp.508-519
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• 2015

본 연구에서는 개념 질문지를 사용하여 퍼텐셜 에너지 곡선에 대한 예비 화학 교사들의 이해 정도를 조사하였다. 조사 대상은 화학교육을 전공하는 사범대학 3학년 학생 24명, 4학년 학생 26명으로 총 50명이었다. 개념 질문지는 구슬 두 개의 거리에 따른 퍼텐셜 에너지 변화 곡선을 주고 상상실험을 하는 것으로 구성하였다. 질문지의 응답을 분석한 결과 예비 화학 교사들은 퍼텐셜 에너지나 전체 역학적 에너지가 음의 값을 가지는 것을 받아들이기 어려워하였다. 또한 역학적 에너지 보존은 대부분 알고 있었으나 이를 상상실험의 조건에 제대로 적용하지 못하는 것으로 나타났다. 그리고 구슬에 작용하는 힘의 방향은 대체로 알고 있었으나, 초기 위치에서 구슬이 이동하여 퍼텐셜 에너지가 가장 낮은 우물 바닥에서 정지할 것이라는 응답이 상당히 많았다. 또한 퍼텐셜 에너지 곡선과 관련지어 화학 결합, 기체의 액화, 분자의 진동 운동에 대한 이해도가 매우 낮은 것으로 드러났다.

• 대한화학회지
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• 제34권5호
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• pp.389-395
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• 1990

칼륨 이온 치환 제올라이트 L과 C$_1$-C$_5$ 알칸 및 벤젠의 상호작용 퍼텐셜 에너지를 원자-원자 근사를 적용시켜서 계산하였다. 퍼텐셜 에너지 계산에 사용된 벤젠의 구성 원자 전하는 칼륨 이온과 벤젠 사이의 실험적 엔탈피 값으로부터 구했다. 계산된 퍼텐셜 에너지를 기초로하여 흡착분자의 열역학적 특성(흡착분자의 퍼텐셜 지도와 매우 낮은 피복률에서의 등량흡착열 및 내부에너지 변화량)을 계산하였다. C$_1$-C$_5$ 알칸의 계산된 등량흡착열은 실험데이타와 잘 일치하였지만, 벤젠의 계산값은 실험 값보다 조금 크게 나타났다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.15-27
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• 2014

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.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권5호
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• pp.903-915
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• 2011

최근 농산 바이오매스를 이용한 혐기적 메탄생산은 가장 실질적인 바이오 에너지 생산 방법으로 주목받고 있다. 그러나 국내의 경우 폐기물 처리 측면에서 가축분뇨, 음식물쓰레기, 하수슬러지에 대한 혐기소화 연구가 주를 이루고 있으며, 농업생산과정에서 발생하는 각종 농산 바이오매스에 대한 혐기소화 연구는 매우 미흡한 실정이다. 특히 국내에서 농산 바이오매스의 혐기적 매탄 생산 퍼텐셜은 측정 방법이 표준화되어 있지 않아 다양한 연구자들의 연구결과를 비교 활용하는데 어려움이 있어 왔다. 외국의 경우 독일은 VDI 4630, 미국은 ASTM E2170-01을 혐기적메탄 생산 퍼텐셜 및 유기물 분해율 분석의 표준분석 방법으로 활용하고 있다. 따라서 독일과 미국의 메탄생산 퍼텐셜 분석법을 비교 검토하여 메탄 생산 퍼텐셜을 정의하고, 분석방법, 영향인자, 기술적인 계산 방법등을 고찰하였다. 한편 국내외 농산 바이오매스의 메탄 생산 퍼텐셜 측정 현황을 살펴보고자, 국내의 경우에는 1980년대에 실시되었던 볏짚 등의 18종의 농산 바이오매스와 식품산업부산물 등의 연구 자료를 조사하였으며, 국외는 43개 농산바이오매스에 대하여 곡류, 채소류, 특용작물, 과수, 기타작물로 분류하고, 사료작물인 사탕수수, 사탕무, 옥수수 등은 에너지 작물로 분류하여 216건의 메탄 생산 퍼텐셜에 대한 연구자료를 조사하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.75-88
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• 2014

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.

• 대한화학회지
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• 제51권2호
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• pp.125-128
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• 2007

Numerov-Cooley 방법을 적용할 때 양쪽에서 전파된 파동함수를 연결시키는 것이 관건인데, 잘 알려진 스프레드시트인 엑셀에서 해찾기 도구를 활용하여 Numerov 방법의 파동함수 연결을 해결하였다. 한쪽방향으로 전파하여 얻은 에너지 값과 반대쪽으로 전파하여 얻은 에너지 값들의 평균을 이용해 상태함수의 고유값을 정하는 방법도 같은 결과를 보임을 확인하였다. 산화질소 분자 퍼텐셜 위에서 이 방법을 적용하였고, 진동에너지에 따른 원자간 평균거리와 터널링 변화를 계산하였다. 진동에너지가 증가하면서 분자 결합 길이는 비례하여 늘어나지만, 터널 효과는 모든 진동 상태가 어느 정도의 확률을 가지며 에너지 증가에 둔감하다는 것을 확인하였다.

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2000년도 제11회 정기총회 및 00년 동계학술발표회 논문집
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• pp.264-265
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• 2000

1차원 반도체 구조인 양자 줄(Quantum Wire)은 새로운 물리 현상의 가능성을 보여줄 것으로 기대된다.$^{(1)(2)}$ 이 구조에서 운반자는 2차원 퍼텐셜에 가두어지므로 1차원 퍼텐셜인 양자 우물에 갇힌 운반자 보다 더 많이 양자화가 이루어져 이 운반자의 상태 에너지는 더 쪼개지며, 양자 줄의 상태 밀도는 에너지 준위에 대해 계단 함수가 아닌 변형된 Dirac $\delta$ 함수꼴을 가진다.$^{(3)}$ 그러나, 1차원 반도체 구조인 양자 줄이 나노(nano) 크기 내에서 만들어져야 하므로, 잘 정의된 양자 줄을 만드는 일은 기술상 매우 어려운 일이다. 양자 우물 구조에서 운반자는 결정을 키우는 방향을 따라 나노 크기의 활성 영역 안에 가두어지게 된다. 양자 줄 구조에서의 운반자는 결정 성장 방향뿐만 아니라 수직인 한 방향에서 각각 나노 크기를 갖는 활성 영역에 가두어져야 한다. 여기에서, 결정 성장 방향과 수직으로 활성 영역을 정의하는 것은, 결정 성장 방향과 평행하게 활성 영역을 정의하는 것보다 어려운 일이다. (중략)

• 한국토양비료학회지
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• 제44권6호
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• pp.1252-1257
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• 2011

본 연구는 안성시 관내에서 발생하는 농산부산물 바이오매스 중 오이, 토마토, 파프리카 작물 잔사를 수거하여 실험에 공시하고 각 부산물의 발생특성과 메탄 생산 퍼텐셜을 조사 분석하였다. 농산부산물의 에너지 자원화 기준으로는 메탄생산량을 설정하고, 부산물별 메탄 퍼텐셜을 시험하였으며 측정된 메탄 퍼텐셜을 기초자료로 활용하여 단위면적당 바이오매스 발생량, 바이오가스 생산량 및 비료가치를 조사 분석하였다. 실험적 메탄 퍼텐셜은 농산부산물별로 $0.170{\sim}0.354Nm^3\;kg^{-1}\;VS_{added}$의 값을 보였으며, 그중 파프리카 열매가 가장 높은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였으며, 오이 줄기가 가장 낮은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였다. 시설 원예에서 기인하는 바이오매스별 메탄생산량은 줄기 부위가 잎이나 열매 부위 보다 낮은 값을 나타내는 경향을 보였다. 시설 재배지의 단위면적당 바이오매스 발생량은 오이 30.5 > 토마토 28.3 > 파프리카 $21.5Mg\;ha^{-1}$순 이었으며, 단위면적당 메탄생산량은 오이 782.5 > 파프리카 686.8 > 토마토 $645.0Nm^3\;ha^{-1}$순 이었다.

• 유기물자원화
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• 제28권4호
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• pp.23-33
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• 2020

해조류는 분해에 어려움이 없고 부산물 역시 사료와 비료 등으로 이용이 가능해 에너지로의 전환율이 높으며 성장과정에서의 탄소 흡수능력과 원료 생산에 특별한 비용이 들지 않고 빠른 생장속도와 넓은 재배 면적으로 이용가치가 높은 바이오매스로 볼 수 있다. 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있어 해조류 양식 발달 되어 왔으며, 2018년 기준 해조류 생산량은 총 1,722,486ton이며 이중 96% 이상을 차지하는 다시마(Saccharina japonica), 김(Porphyra tenera), 미역(Undaria pinnatifida)은 제품화 되는 과정에서 많은 양이 부산물로 발생하고 있다. 본 연구에서는 해조류 부산물의 혐기소화를 위하여 다시마, 미역, 김의 이화학적 성상을 분석하였으며, 이론적 메탄퍼텐셜과 생물화학적 메탄퍼텐셜(BMP)을 분석하여 혐기적 메탄생산 수율을 파악하였다. 다시마, 미역, 김의 이론적 메탄퍼텐셜은 0.393, 0.373, 0.435 N㎥/kg-VS로 나타났으며, 회분식 혐기반응기를 이용한 생물화학적 메탄생산퍼텐셜을 Modified gompertz model로 분석한 결과 0.226, 0.227, 0.241 N㎥/kg-VS로 산출되었으며, Parallel first order kinetics model로 분석한 결과 0.220, 0.243, 0.240 N㎥/kg-VS로 산출되었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.532-539
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• 2012

BMP 시험을 통한 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)의 측정은 바이오매스로부터 전환할 수 있는 바이오에너지 양을 추산하고 혐기소화조를 설계하는데 중요한 인자이다. 본 연구에서는 $B_u$의 측정에 있어 기질과 접종액의 비율 (S/I ratio)이 미치는 영향을 분석하기 위하여 기질의 유기물 특성이 다른 양돈 슬러리의 탈수여액 (LF), 양돈슬러지 탈수케이크의 열가수분해액 (TH), 탈수여액과 열가수분해액의 혼합액 (Mix)을 이용하여 BMP 시험을 실시하였으며, 각각의 시료의 이론적 메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$)과 혐기적 유기물 분해율을 구하여 비교하였다. TH 시료의 $B_u$는 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 0.27, 0.44, $0.46Nm^3\;Kg^{-1}-VS_{added}$로 나타났으며, 이론적메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$) 대비 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)의 비율 ($B_u/B_{th}$)로 나타낸 혐기적 유기물 분해율은 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 50.04, 82.46, 86.47%이었으며, LF 시료의 경우 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 $B_u$은 각각 0.64, 0.53, $0.40Nm^3\;Kg^{-1}-VS_{added}$이었으며, 혐기적 유기물 분해율은 각각 152.07, 122.67, 95.71%로 나타났다. Mix 시료의 경우 최종 메탄생산 퍼텐셜과 혐기적 유기물 분해율에서 LF 시료와 유사한 경향을 보였다. 본 연구에서는 양돈슬러리의 BMP시험에서 S/I비율에 따라 상이한 최종 메탄생산 퍼텐셜이 나타나며, 낮은 S/I 비율에서 최종 메탄생산 퍼텐셜이 과대평가되었다.