나노기술 및 정책 정보

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● 일본 도쿄대학교 Hitoshi Washizu 연구원, 효고현립대학교 공동 연구진이 최신 슈퍼컴퓨터를 이용하여 수처리 막 재료 시뮬레이션을 실시함으로써, 수처리 막 중 ‘나노 채널’이 내부에 포함된 물의 비율에 따라 물 분자 하나하나의 움직임을 활성화시키는 수소 결합의 구조를 밝혀내고, 그 수소 결합 상태를 인식시켜 이온을 선택적으로 투과시키는 메커니즘의 가능성 제시

● 연구진은 크기 1 nm 이하의 다공을 갖는 이온 액정의 자기조직화 막에 대해 전원자 수준에서 표현 수 있는 새로운 분자 모델을 개발

● 해당 분자 모델을 다시 슈퍼컴퓨터로 피드백하여 100 나노초라는 분자 동역학 시뮬레이션으로서는 매우 긴 계산을 수행하고, 이온 액정 분자가 만들어내는 자기조직화 수처리 막 구조 중 쌍연속구조·기둥구조의 2종류, 전하를 띤 관능기의 집합체에 의한 나노 채널의 출현, 그 크기 및 이온 전도율을 모두 높은 정확도로 재현하는 데 성공

● 연구진은 자기조직 구조에 물이 들어가면 물 분자는 나노 채널 중에서 안정화되어 물의 농도에 따라 수소 결합 네트워크를 형성하여 물 분자가 더욱 침투하기 쉬워지고 나노 채널 방향에 따라 물 분자의 움직임이 활발해지는 것을 발견

● 해당 연구 결과는 나노 채널에서의 수화각(hydration shell)의 형성이 액정 필름의 분자 수송 기능을 지배하고 있음을 의미하며, 이온의 선택적 투과 기능의 발현에 관여하고 있을 것으로 기대

● 본 연구 성과는 이온 액정 대한 새로운 분자 모델들을 구축함으로써 자기조직화 액정 필름의 나노 채널 중에 존재하는 물의 학리를 해명한 것으로, 수처리 막과 생체 막뿐만 아니라 물과 재료의 계면에서 발현하는 다양한 물의 역할을 시각화하는 첫 걸음이 될 것으로 기대

※ Science Advances 게재(2021.07.28.), "Molecular insights on confined water in the nanochannels of self-assembled ionic liquid crystal"