한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 김형준 화학과 교수팀이 기존에 설명 불가능했던 요소를 통해 정확도를 높인 소재 시뮬레이션 설계 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.
소재 시뮬레이션 기술은 소재를 합성·평가하기 전 가상 실험으로 물성을 예측하는 기술이다. 주로 물질 내 전자가 들어있는 모양과 에너지를 계산하는 '밀도범함수 이론'에 바탕을 둔다. 이 이론은 전하 쏠림에 따라 분자가 서로 잡아당기는 '반데르발스 힘'을 정확하게 설명하지 못한다는 문제가 있었다. 이 때문에 소재 물성 예측 정확도가 떨어진다.
연구팀은 반데르발스 힘을 정확하고 효과적으로 설명하는 새로운 이론을 개발하고 이를 밀도범함수 이론에 접목, 소재 시뮬레이션 기술 정확도를 한층 높이는 데 성공했다. 100여 종 소재를 테스트한 결과 40% 정도에 달했던 기존 소재 물성 예측 오차율이 10% 이내로 줄었다.
연구팀은 이번 연구 성과를 다양한 차세대 기능성 소재 설계 연구에 적용할 수 있다고 설명했다. 반데르발스 힘은 분자 소재부터 금속 및 반도체 소재에 이르기까지 거의 모든 재료 물성을 결정하는 핵심 역할을 한다. 연구팀은 새 시뮬레이션 방법을 통해 리튬 이온 배터리 물질 전압이나 2차원 소재의 박리 에너지를 예측하는 과정에서 정확도를 높였다고 밝혔다.
김형준 교수는 “소재 개발 연구 경쟁력 강화를 위해 기초 연구의 중요성이 점차 커지고 있다”며 “새로 개발한 소재 시뮬레이션 기술을 배터리 소재, 에너지 전환 촉매 소재, 2차원 나노 소재 등 다양한 기능성 소재 설계 연구에 적용할 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
