손준수ㆍ이동규ㆍ이지윤ㆍ이태경 고분자 과학과 기술 제 35 권 2 호 2024년 4월 75 2. 본론 2.1 멀티스케일 시뮬레이션 리튬이차전지는 원자/분자 수준에서 이온 수송 또는 전해질/ 첨가제 및 전극 표면 간의 복잡한 상호작용을 포함하여 미시적 수준에서부터 거시적 수준으로 이루어지기 때문에 시스템 내 다중 규모에서 발생하는 현상을 통합하여 이해하는 것이 중요하다. 그림 1과 같이 시뮬레이션 방법론들은 모사하고자 하는 시·공간적 규모에 따라 다양하게 존재하는데, 이러한 여러 방법론들을 통합하여 접근하는 멀티스케일 시뮬레이션을 통해 시스템 전체의 거동을 더 잘 이해하고 예측할 수 있다. 본 특집에서는 리튬이차전지의 전해질/첨가제 연구에 대표적으로 적용되는 시뮬레이션 방법론인 밀도 범함수 이론 density functional theory, DFT 과 분자 동�...

손준수ㆍ이동규ㆍ이지윤ㆍ이태경 고분자 과학과 기술 제 35 권 2 호 2024년 4월 77 계산하여 저온에서 TFEE 도입 시 빠른 탈용매화가 일어남을 예측하여 부분적으로 약하게 배위하는 전해질이 리튬 이온의 용매화 구조에 영향이 있음을 확인하였다. Xu et al.에서도21 분자 시뮬레이션을 통해 리튬 이온의 용매화 구조를 조사하여 부분적으로 약하게 배위하는 전해질을 통해 용매화 구조를 조절할 수 있음을 확인하였고, 저온 성능을 향상시켰다. 이에 더하여, 용매화 구조를 조절하기 위해 전해질의 물성과 용해력 간의 상관관계를 찾기 위한 descriptor 후보로서 유전 상수, 쌍극자 모멘트, 공여체 수를 활용하는 연구가 진행되고 있다. 신규 전해질 소재 설계를 위해서는 정확한 descriptor 개발이 선행적으로 이루어져야 하므로 필수 과제 중 하나로 많은 주목을 받�...

특 집 고분자 과학과 기술 제 35 권 2 호 2024년 4월 79 1. 서론 분자 모델링 및 시뮬레이션은 원자, 분자 및 중규모 수준에서 계산하고자 하는 구조를 가상의 3차원 공간상에 만들고 검증된 다양한 이론을 이용하여 구조의 최적화 및 물리화학적 특성을 계산하고 예측하는 분야이다. 사용하기 쉬운 프로그램과 컴퓨터의 발달로 최근에는 신소재관련 실험을 하는 연구원이 실험 결과를 증명하고 나아가 물성을 예측하는 도구로 활발하게 사용중이며, 산업의 발달로 다양한 소재 연구가 필요하게 되면서 점점 중요한 분야가 되어가고 있다. 특히, 최근 3 4년간 고분자 시스템에 대한 분자 모델링과 시뮬레이션 관련 문의는 자사 창사 이래 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 고분자 실험을 하는 연구원이 모델링과 시뮬레이션을 쉽게 수행하기 위해서는 친숙한 윈�...

김경현 고분자 과학과 기술 제 35 권 2 호 2024년 4월 81 2.2 Amorphous Cell 생성 방법 결정성 고분자를 제외하고 대부분의 고분자 시뮬레이션은 비정질 시스템을 생성하여 모델링한다. Builder가 없다면 3차원 공간상에 임의로 고분자를 배치하여 위에서 만들어진 고분자를 하나씩 복사하여 배열하는 방법을 사용 할 수도 있지만 Materials Studio에서는 몬테 카를로 Monte Carlo 기반의 “Amorphous Cell”이라는 모듈로 손쉽게 만들어 낼 수 있다. Amorphous Cell은 Cubic, Tetragonal, Orthorhombic 3가지의 격자 유형을 정하여 만들 수 있으며 원하는 셀 길이를 지정 할 수 있다. 대략적인 고분자의 밀도를 알고 있으면, 밀도를 지정하여 시스템을 모델링할 수 있지만, 빠른 생성을 위해 낮은 밀도에서 생성 후 추후 시뮬레이션을 통하여 정확한 밀도를 찾아가는 방법이 더욱 선호된다. 몇 만�...

김경현 고분자 과학과 기술 제 35 권 2 호 2024년 4월 83 아니라 다양한 구조의 큰 시스템 계산이 가능해졌고, 다양한 분야에서도 손쉽게 활용이 가능해졌다. 2.4 시뮬레이터 고분자 모델링과 시뮬레이션의 계산 과정을 다시 되짚어 보면, 우선 계산하고자 하는 고분자의 반복 단위를 생성 또는 선택하여 원하는 고분자 형태를 모델링하고, 비정질 시스템을 만든 후, 구조 최적화 및 분자 동역학 시뮬레이션을 수행한다. 그리고, 나온 결과를 분석하여 다양한 물리화학적 특성들을 도출한다. 하나의 구조에 대하여 위와 같은 일을 수행하는 것은 그렇게 어렵고 시간이 필요한 작업은 아니지만, 수백 개의 구조를 위와 같이 동일하게 계산해야 한다면 많은 시간이 소요된다. 뿐만 아니라, 시간이 많이 소요되는 유리 전이 온도 계산에서는 온도에 따른 분자 동역학...