• 광물과 암석
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• 제33권3호
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• pp.143-152
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• 2020

버네사이트(birnessite)는 약 7Å의 d-spacing을 가지는 대표적인 층상형 산화망간광물로 높은 양이온 교환능력을 가지기 때문에 지하수나 퇴적물 공극 유체의 화학조성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작을 규명하기 위해서는 층간 내 양이온의 배위 환경과 결정구조에 대한 원자 수준의 이해가 매우 중요하다. 이번 연구에서는 원자 수준의 계산광물학 방법인 고전 분자동역학(classical molecular dynamics; MD) 시뮬레이션을 이용하여 기존 실험에서 보고된 화학조성을 가지는 삼사정계 Na-와 K-버네사이트의 결정구조, 층간 양이온의 배위 환경 및 적층 구조를 계산하였다. 계산 결과는 기존 X-선 실험에서 보고된 격자 상수와 층간 배위 환경을 잘 재현하여 시뮬레이션 방법의 신뢰성을 보여주었으며, X-선 실험만으로는 구분하기 어려운 층간의 양이온과 물 분자 위치를 구별한 원자 수준의 정보를 제공하였다. 망간 팔면체 층의 적층 순서는 동일하지만 층간 내 Na⁺와 K⁺의 위치가 서로 상이하고, 층간 양이온의 배위 환경과 결정구조 간의 상관관계를 보인다. 원자 수준의 분자동역학 시뮬레이션은 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작 규명에 크게 기여할 것으로 기대한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.747-754
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• 2009

본 연구에서는 $1,000^{\circ}C$에서 24시간 열처리된 활성탄에서 다이옥신과 유사구조를 갖는 o-DCB(ortho-dichlorobenzene)의 등온흡착식을 실험을 통하여 구하였고, 분자모사를 통하여 예측하였다. 실험으로 분석된 활성탄의 분자식 및 작용기 비율을 바탕으로 초기 활성탄 기본구조를 설계한 후, COMPASS(condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies) force field를 이용하여 이 구조를 최적화하였다. 최적화된 활성탄 분자구조에서 공극률, 비표면적, 및 입자밀도의 모사결과는 실험값과 비교되었고, 이들에 대한 실험과 모사결과의 오차는 각각 7.62, 3.79, 2.80%를 보여주었다. 통계 열역학적 방법인 GCMC(Grand Canonical Monte Carlo) 기법을 이용하여, 최적화된 활성탄 구조에서 온도에 따른 o-DCB의 등온흡착 상수값을 예측하였으며, 이 모사결과는 실험값과 비교될 때, 3% 이하의 오차를 보였다. o-DCB의 흡착특성을 바탕으로 확인되어진 활성탄 구조에서 다이옥신의 일종인 2,3,7,8-TCDD(tetrachlorodibenzo-p-dioxin) 등온흡착상수, 흡착열, 그리고 기공확산계수를 최종적으로 구함으로서, 실험적으로 구하기 힘든 맹독성 잔류성 유기물질의 흡착특성을 분자모사기법을 통하여 예측하였다.

• 광물과 암석
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• 제36권2호
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• pp.95-106
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• 2023

석영(SiO₂)은 지각의 암석을 형성하는 주요 광물 중의 하나이다. SiO₂의 원자 구조는 다양한 마찰 과정에서 변화할 수 있다. 비정질화, 수화 및 실리카겔 형성을 수반하는 석영 암석의 마찰 감소는 지진 및 관련 현상에 대한 광물학적 통찰력을 제공한다. 볼 밀링과 회전 전단 실험을 이용하여 상기 현상의 광물학적 기원이 밝혀지고 있다. 본 연구에서는 밀링 과정에서의 다양한 변수를 고려하여 SiO₂의 비정질화를 위한 볼 밀링의 최적 실험 조건을 결정하였다. 높은 밀링 속도에서 볼 밀링 시간이 증가함에 따라 SiO₂의 결정도는 점차 감소하여 비정질화되었다. 밀링 매체의 마모 정도와 SiO₂의 비정질화에 미치는 영향은 서로 다른 밀링 재료(ZrO₂, stainless steel)를 사용하여 분석하였다. 밀링 시간이 증가함에 따라 볼의 마모량이 증가하였다. 또한 볼에서 마모된 스테인리스스틸 입자는 비정질화되는 SiO₂와 상호작용하여 Si-O-Cr을 형성하는 경향이 있다. 이러한 결과는 SiO₂와 같이 비교적 경도가 높은 다양한 물질들의 볼 밀링에 의한 원자 구조의 변화 과정을 이해하고, 다양한 지질학적 마찰 과정을 이해하는 데 도움이 될 것이다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제33권3호
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• pp.901-905
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• 2012

In this study, we investigated the pure geometrical effect of porous materials in gas adsorption using the grand canonical Monte Carlo simulations of primitive gas-pore models with various pore geometries such as planar, cylindrical, and random pore geometries. Although the model does not possess atomistic level details of porous materials, our simulation results provided many insightful information in the effect of pore geometry on the adsorption behavior of gas molecules. First, the surface curvature of porous materials plays a significant role in the amount of adsorbed gas molecules: the concave surface such as in cylindrical pores induces more attraction between gas molecules and pore, which results in the enhanced gas adsorption. On the contrary, the convex surface of random pores gives the opposite effect. Second, this geometrical effect shows a nonmonotonic dependence on the gas-pore interaction strength and length. Third, as the external gas pressure is increased, the change in the gas adsorption due to pore geometry is reduced. Finally, the pore geometry also affects the collision dynamics of gas molecules. Since our model is based on primitive description of fluid molecules, our conclusion can be applied to any fluidic systems including reactant-electrode systems.

• Composites Research
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• 제24권2호
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• pp.9-13
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• 2011

본 논문에서는 zinc blende계열의 결정구조를 갖는 실리콘 내부의 결함을 분석할 수 있는 대칭축 파라메터 (Symmetric axis parameter)방법을 이용하여, 탄성 및 소성 변형을 구별하는 방법을 제시하였다. 분자 동력학 해석프로그램인 LAMMPS를 사용하여, 실리콘에 대한 나노인덴테이션 해석을 수행하였다. 구형 인덴터 아래에 발생한 실리콘내부의 결함은 ring crack에서의 threefold 무늬와 전위발생경로를 보여주였다. 또한, 해석결과는 기존의 이론이나, 실험결과와도 일치하는 것을 확인하였다.

• Tribology and Lubricants
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• 제23권1호
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• pp.9-13
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• 2007

Despite numerous researches on atomic-scale friction have been carried out for understanding the origin of friction, lots of questions about sliding friction still remain. It is known that friction at atomic-scale always shows unique phenomena called 'stick-slips' which reflect atomic lattice of a scanned surface. In this work, experimental study on the effects of system stiffnesses and load on the atomic-scale stick-slip friction of graphite was performed by using an Atomic Force Microscope and various cantilevers/tips. The objective of this research is to figure out the dependency of atomic-scale friction on the nanomechanical properties in sliding contact such as load, stiffness and contact materials systematically. From this work, the experimental observation of transitions in atomic-scale friction from smooth sliding to multiple stick-slips in air was first made, according to the lateral cantilever stiffness and applied normal load. The superlubricity of graphite could be verified from friction vs. load experiments. Based on the results, the relationship between the stickslip behaviors and contact stiffness was carefully discussed in this work. The results or this work indicate that the atomic-scale stick-slip behaviors can be controlled by adjusting the system stiffnesses and contact materials.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.1092-1100
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• 2005

We investigated a carbon nanotube (CNT) oscillator controlled by the thermal gas expansion using classical molecular dynamics simulations. When the temperature rapidly increased, the force on the CNT oscillator induced by the thermal gas expansion rapidly increased and pushed out the CNT oscillator. As the CNT oscillator extruded from the outer nanotube, the suction force on the CNT oscillator increased by the excess van der Waals(vdW) energy. When the CNT oscillator reached at the maximum extrusion point, the CNT oscillator was encapsulated into the outer nanotube by the suction force. Therefore, the CNT oscillator could be oscillated by both the gas expansion and the excess vdW interaction. As the temperature increased, the amplitude of the CNT oscillator increased. At the high temperatures, the CNT oscillator escaped from the outer nanotube, because the force on the CNT oscillator due to the thermal gas expansion was higher than the suction force due to the excess vdW energy. By the appropriate temperature controls, such as the maximum temperature, the heating rate, and the cooling rate, the CNT oscillator could be operated.

• 전자공학회논문지
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• 제49권12호
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• pp.179-183
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• 2012

3차원 시뮬레이션을 이용하여 터널링 전계효과 트랜지스터(TFET)의 불순물 분포 변동(RDF) 효과에 대해 살펴보았다. TFET의 RDF 효과는 매우 낮은 바디 도핑 농도 때문에 많이 논의되지 않았다. 하지만 본 논문에서는 임의로 생성되고 분포되는 소스 불순물이 TFET의 문턱전압 ($V_{th}$)과 드레인 유기 전류 증가 (DICE), 문턱전압이하 기울기 (SS)의 변화를 증가시킴을 발견하였다. 또한, TFET의 RDF 효과를 감소시킬 수 있는 몇 가지 방법을 제시하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제15권4호
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• pp.162-167
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• 2005

건조공정 중인 다공성 물질의 물성은 재료의 비균질성 즉 전위, 입자, 입계, 균열, 기공과 같은 미시적인 결함인자들의 영향을 받는다. 따라서 다공성 물질의 건조공정을 전산 시뮬레이션하기 위해서는 원자 스케일 해석을 통한 미시적 물성을 알아야 한다. 본 연구에서는 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 원자 모델을 구성하고 원자 상호간 거동을 예측하여 재료의 미시적 물성을 계산하였다. 이렇게 구한 탄성계수, 열팽창계수, 체적 열용량은 실험 및 이론에 기초한 결과들과 비교하여 검증하였다.

• Coupled systems mechanics
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• 제5권4호
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• pp.355-369
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• 2016

Changes in chemical structure have profound effects on the physical properties of epoxy-based materials, and eventually affect the durability of the entire system. Microscopic structural voids generally existing in the epoxy cross-linked networks have a detrimental influence on the epoxy mechanical properties, but the relation remains elusive, which is hindered by the complex structure of epoxy-based materials. In this paper, we investigate the effect of structural voids on the epoxy-based materials by using our developed mesoscale model equipped with the concept of multiscale modeling, and SU-8 photoresist is used as a representative of epoxy-based materials. Developed from the results of full atomistic simulations, the mesoscopic model is validated against experimental measurements, which is suitable to describe the elastic deformation of epoxy-based materials over several orders of magnitude in time- and length scales. After that, a certain quantity of the structure voids is incorporated in the mesoscale model. It is found that the existence of structural voids reduces the tensile stiffness of the mesoscale epoxy network, when compared with the case without any voids in the model. In addition, it is noticed that a certain number of the structural voids have an insignificant effect on the epoxy elastic properties, and the mesoscale model containing structural voids is close to those found in real systems.