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출처 : http://andy9615.blog.me/220090343563 [2층아저씨의 세상보기]



왼쪽은 바닥에 실로 묶은 탁구공, 오른쪽은 공중에 실로 묶어서 늘어뜨린 강철 공이 각각 물안에 들어있다. 


저울은 어느쪽으로 기울까?

원출처 : 인벤 



답은 아래에 블록을 치시면 확인하실 수 있습니다. 


왼쪽과 오른쪽 모두 물로 채워진 공간의 무게는 동일하고 그 무게는 저울에 가해집니다. (상쇄) 탁구공으로 채워진 부분은 탁구공과 공기만큼의 무게를 가집니다. - 그 공간만큼의 물보다 가볍습니다. 쇠공으로 채워진 부분은 무게에 영향을 주지 않습니다. / 여기까지 생각하면 왼쪽으로 기울어야 할 것입니다. 하지만, 왼쪽 오른쪽 모두 부력이 가해집니다. 유체 내에 임의의 공간을 정하면 그 공간의 유체를 나머지 유체가 떠받치고 있기에 움직이지 않는다는 아이디어로 이해할 수 있는것이 부력입니다. 따라서 탁구공이 받는 부력은 "그 공간만큼의 물의 무게 - 탁구공의 무게" 입니다. 하지만 이 부력은 아래 실에 의해 다시 비커로 전달되지요. 그러므로 왼쪽은 부력의 영향이 없습니다. 오른쪽이 재미난데요. 동그란 공간에서의 힘을 보면 "그 공간을 채운 물의무게만큼의 부력 - 쇠공의 무게"에서 다시 "쇠공의 무게"는 실에 의해 외부에서 상쇄되기 때문에 비커가 쇠공에 부력만큼만 고스란히 주는 셈이 됩니다. 그 반작용으로 오른쪽 비커는 부력만큼을 받게되지요. 
따라서 비교를 하면 (물의무게+탁구공+공기무게):(물의무게+쇠공부피만큼의 물의무게(=부력의 반작용)) 이므로 오른쪽으로 기울어지게 됩니다. 
더 재미난 것은 쇠공의 위치만 유지할 수 있다면, 쇠공대신에 어떤 소재를 쓰더라도, 심지어 물보다 더 가볍더라도 늘 같은 결과가 나온다는 것이지요.

Posted by 빵이매지션

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작성자 본인은 DFT계산 경험이 많지 않고, 학습 의욕을 높이기 위해 정리차원에서 작성한 것을 공개합니다. 



BigDFT - Wavelet Basis를 이용한 DFT계산 툴 중 하나. 일반적으로는 Plane Wave Basis를 활용하는 VASP가 잘 알려져 있다. 


출처 - http://bigdft.org/Wiki/index.php?title=BigDFT_website


리눅스에서 동작한다. 


기본적으로 ---.dft와 ---.xyz 이 있으면 계산이 가능

아래와 같은 입력 파일들이 있다고 한다.. (공부가 되는대로 정리 예정)


1. Input Files



같은 디렉토리에 있더라도 확장자 앞 파일명이 같아야 묶어서 실행되는듯. 




 0) input.xyz ; ascii 포멧도 입력  가능하지만 일단 xyz 용법만 정리


Cl 1.2 3.4 5.6 0 -1 fz ; 염소원자는 (1.2 3.4 5.6) 위치에 있고 no spin polarization, 추가 전자 1개




 1) inpout.dft

 



실행


$ OMP_NUM_THREADS=2 mpirun -np 4 bigdft > log 


메뉴얼 - 주요내용

BigDFT 입력 변수들 







Posted by 빵이매지션

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작성자 본인은 DFT계산 경험이 많지 않고, 학습 의욕을 높이기 위해 정리차원에서 작성한 것을 공개합니다. 



----------


출처 - http://bigdft.org/Wiki/index.php?title=Pre-/post-processing


    http://bigdft.org/Wiki/index.php?title=Vibration_input_parameters


[ Vibration Calculation ]


input.freq 파일이 추가적으로 요구됨 


예) 


1/64   #frequency step = alpha*hx, alpha*hy, alpha*hz
2      #order finite difference scheme (-1, 1, 2 or 3)
1      #1 - systematic moves over each atoms

계산결과 다음 3개의 파일들이 만들어짐 


  • ’frequencies.xyz’ containes the eigenmodes visualizable directly using v_sim;
  • ’hessian.dat’ contains the Hessian matrix and;
  • ’dynamical.dat’ contains the dynamical matrix i.e. the weighted mass Hessian matrix.


_______________________________

 frequency step을 변경해 봤는데 변경할 때마다 결과값이 너무 큰폭으로 변한다. 

간단한 PBC 조건의 BCC에서도 음의 frequency가 나온다. 뭘 잘못했을까 ㅠ    


Posted by 빵이매지션

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출처 : http://news.dongascience.com/PHP/NewsView.php?kisaid=20130424200002400315&classcode=01

광합성의 양자생물학

[강석기의 과학카페 123] 양자 효과 보이는 분자 합성 성공

2013년 04월 24일

 
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영국의 작가 이언 매큐언이 2010년 발표한 소설 ‘Solar’는 광합성의 양자 결맞음 현상에서 아이디어를 얻었다. 아직 번역되지 않았다.
“잎이 에너지를 한 분자계에서 다른 분자계로 옮기는 과정은 기적이라고 볼 수 있습니다. 알다시피 양자 결맞음이 모든 에너지 경로에서 단번에 길을 찾게 하는 높은 효율의 열쇠니까요. 나노기술이 지향하는 방식으로, 우리는 알맞은 재료를 써서 이 방식을 모방할 수 있을 것입니다.” - 이언 매큐언, ‘Solar’

오늘날 영어권 최고의 소설가 중 한 명으로 꼽히는 이언 매큐언은 정말 독특한 사람이다. 그의 소설 소재들은 과학이어서, 주인공들도 과학자가 많이 등장한다. 뉴욕 타임스 ‘올해의 책’에 선정된 1997년 작 ‘이런 사랑’의 경우는 과학자의 미련을 버리지 못한 과학저널리스트가 주인공이기까지 하다(책을 읽으며 필자가 얼마나 공감했는지!).

매큐언이 2010년 발표한 소설 ‘Solar(태양에너지)’는 50대의 물리학자 마이클 비어드가 주인공이다. ‘비어드-아인슈타인 융합 이론’으로 노벨물리학상을 받은(물론 이런 이론은 없다) 저명한 물리학자인 그는 성격에 결함이 있는지 네 번이나 이혼을 하고 다섯 번째 아내와 살고 있다. 비어드는 독일 훔볼트대의 수학자와 바람을 피우다 걸렸는데, 34살 미모의 아내는 젊은 건축업자 타르핀과 맞바람을 피우며 복수하는데, 뒤늦게 아내의 소중함을 느낀 비어드는 괴로워한다.

사실 비어드가 과학자로서 본격 연구를 접은 지는 20년이 돼 간다. 젊은 시절 업적으로 노벨상을 타고 유명인사가 된 대가다. 그는 국립재생에너지연구소의 소장을 맡고 있는데 관심도 없는 풍력에너지 프로젝트를 진행하고 있다. 그런데 연구소에 탐 알두스라는 입자물리학자가 들어온다. 탐은 인류의 에너지 위기를 해결할 유일한 방안을 양자역학을 도입한 인공광합성 연구라고 비어드를 끈질기게 설득한다.

비어드는 수 주간 출장을 갔다가 항공편을 당겨 오전에 도착해 현관문을 열었는데 뜻밖에 자기 잠옷을 입고 소파에 앉아있는 알두스를 발견한다. 폭력을 휘두르는 타르핀을 힘들어하던 아내가 예전에 집에 온 적이 있는 젊은 물리학도를 유혹해 새 애인으로 삼은 것이다. 비어드는 노발대발했지만 알두스의 변명을 듣다 지쳐 꺼지라며 자리를 피하고, 선처해 달라며 그를 쫓아가던 알두스는 그만 미끄러져 머리를 크게 다쳐 죽는다. 갑작스런 사고에 당황한 비어드는 신고할 타이밍을 놓치고, 결국 타르핀이 질투에 눈이 멀어 살인한 것처럼 상황을 꾸민다.

위의 인용구는 알두스가 불륜을 변명을 하는 과정에서 비어드의 융합 이론을 인공광합성에 적용할 경우 놀라운 결과를 얻을 수 있을 것이라고 설명하는 장면이다. 그는 비어드를 위해 자신의 아이디어를 담은 파일을 남겨뒀는데 비어드는 이를 읽고 인공광합성 연구에 뛰어든다. 

● 2007년 광합성 분자에서 양자 현상 첫 발견

엽록체 막에는 엽록소가 깔때기처럼 배열돼 있어 흡수한 빛에너지를 가운데 반응중심으로 모아 광합성 다음 단계를 진행한다. 한 엽록소에서 빛에너지를 흡수한 전자가 단계적으로 이동해 반응중심에 도달한다는 기존 메커니즘은 높은 효율을 설명하지 못한다(1). 2007년 실험결과는 빛에너지를 흡수한 전자가 양자 결맞음에 따라 파동처럼 전체 깔때기에 퍼져 순식간에 반응중심으로 흘러들어가는 새로운 메커니즘을 제안했다(2).
이언 매큐언은 이 소설을 쓰기 위해 영국 케임브리지대의 물리학자 그레엄 미치슨 교수의 도움을 많이 받았다고 하는데, 사실 매큐언이 소설을 구상하게 된 계기는 미국 버클리 캘리포니아대 화학과 글레이엄 플레밍 교수팀이 2007년 과학저널 ‘네이처’에 발표한 논문이다. 논문의 제목은 ‘광합성계에서 양자 결맞음을 통한 파동 같은 에너지 이동의 증거’로 벌써부터 머리가 아프다.

광합성이 어떻게 일어나는가는 오래 전부터 화학자들의 관심사였다. 복잡한 생체분자복합체에서 일어나는 현상인 광합성을 생물학자들은 사실 건드려볼 엄두를 내기 어려운 영역이다. 노벨화학상도 세 차례나 나왔다. 1915년 독일의 리하르트 빌슈테터는 엽록소를 분리․정제해 그 특성을 규명한 공로로 수상했고, 1961년 미국의 화학자 멜빈 캘빈은 엽록소가 빛 에너지로 물과 이산화탄소를 유기물로 바꾸는 광합성 과정을 밝힌 공로로 수상했다. 1988년에는 독일의 요한 다이젠호퍼와 로베르트 후버, 하르트무트 미헬이 광합성반응센터의 3차원구조를 규명한 공로로 수상했다.

이렇게 100년에 걸쳐 많은 사실이 밝혀졌음에도 불구하고 과학자들은 전통적인 화학의 해석만으로는 광합성이라는 현상을 완전히 이해할 수 없다는 사실을 알고 있다. 엽록체가 빛에너지를 모아 전기에너지로 전환하는 효율은 95%가 넘는데, 이는 화학의 관점으로는 설명할 수 없는 현상이기 때문이다. 

엽록체에는 엽록소 분자들이 모여 깔때기 같은 구조를 이루고 있는데 마치 빗물을 받듯이 깔때기에 배열한 엽록소에 도달한 빛에너지가 전자를 높은 에너지 상태로 만들고 이 고에너지 전자가 엽록소 분자 사이를 통통 튀어 깔때기 중심으로 모여 광합성의 다음 단계로 넘어간다는 게 기존의 설명인데, 이런 식이면 중간에 에너지 손실이 꽤 커 결코 95%의 효율을 낼 수 없기 때문이다.

2007년 그레이엄 플레밍 교수팀은 광합성 박테리아의 광합성계 분자복합체를 분리해 저온에서 양자 결맞음 현상이 일어남을 처음 관찰했다. 빛을 받은 분자에서 나온 전자가 파동으로 퍼져나가는 장면을 도식화했다. 제공 미국 버클리대
따라서 1930년대 이미 일부 과학자들은 광합성의 과정에서 양자역학적 현상이 일어날 것이라고 예측했지만 이를 증명할 수는 없었다. 그런데 2007년 플레밍 교수팀이 마침내 광합성에서 ‘양자 결맞음’이라는 현상이 일어날 것이라는 강력한 증거를 내놓은 것이다. 양자 결맞음(quantum coherence)이란 어떤 입자가 존재할 수 있는 여러 공간이 서로 가까이 있을 때 그 입자가 동시에 전 공간에 퍼져 있을 수 있는 현상이다. 즉 입자의 파동성을 가정해야 성립되는 성질이다.

이를 광합성에 적용하면 빛(광자) 에너지를 흡수한 전자가 깔때기를 이루고 있는 엽록소에 동시에 공간적으로 퍼져 존재할 수 있게 되고 따라서 다음 반응으로 넘어가는 입구에 순식간에 도달할 수 있다는 말이다. 즉 콩이 깔때기 내벽에 통통 튀어 가운데 구멍으로 빠지는 게 아니라 호수에 돌을 던지면 물결이 사방으로 퍼지듯 전자 파동이 퍼져나가 순식간에 사라진다는 것이다. 다른 양자역학 현상들도 그렇듯이 직관적으로는 납득이 잘 되지 않지만, 어쨌든 측정 결과는 그렇게 일어난다고 해석할 수밖에 없다. 

당시 플레밍 교수팀은 클로로비움 테피디움(Chlorobium tepidium)이라는 광합성 박테리아의 광합성계 분자복합체를 분리해 영하 196℃에서 양자 결맞음 현상을 관찰하는데 성공했다. 이처럼 낮은 온도 조건이 필요했던 건, 온도가 높을수록 분자가 불안정해져 양자 현상을 관찰할 수 없었기 때문이었다. 따라서 일부에서는 이 실험으로 실제 광합성이 일어나는 상온에서도 양자 결맞음이 일어난다고 볼 수는 없다고 주장했다. 

그러나 몇 달 뒤 다른 광합성 박테리아에서 추출한 분자로 영하 93℃에서 양자 결맞음 현상을 관찰하는데 성공했고 2010년 마침내 상온에서도 성공했다. 이제 광합성의 양자 결맞음을 의심하는 사람은 거의 없고, 생물학에서 일어나는 현상을 양자역학으로 설명하는 ‘양자생물학(quantum biology)’이라는 용어도 자리를 잡았다.

● 작은 이합체 분자에서도 양자 결맞음 구현

미국 시카고대의 그레고리 엔겔 교수팀은 최근 양자 결맞음 현상을 보이는 분자를 합성하는데 성공했다고 ‘사이언스’에 발표했다. 이들이 발표한 분자의 구조다. 제공 사이언스
대략 27억 년 전에 시작된 것으로 보이는 광합성에서 어떤 과정을 거쳐 양자 결맞음이 진화했는지는 아직 모르지만, 광합성을 모방한 인공광합성 연구에 양자 결맞음을 도입한다면 에너지 변환 효율이 극적으로 높아질 것이다. 그럼에도 과학자들은 아직까지 그 실마리를 찾지 못했다. 생체의 광합성계가 너무 복잡하기 때문이다.

그런데 과학저널 ‘사이언스’ 4월 18일자 온라인판에 마침내 화학자들이 양자 결맞음 현상을 보이는 분자를 합성하는데 성공했다는 연구결과가 실렸다. 미국 시카고대 화학과 그레고리 엔겔 교수팀은 플루오레세인이라는 분자를 출발점으로 해서 몇 단계 반응을 거쳐 이합체(dimer) 분자를 만들었는데 여기서 양자 결맞음 현상이 관찰됐던 것. 참고로 엔겔 교수는 2007년 플레밍 교수팀의 박사후연구원으로 당시 논문의 제1저자였다. 

실제 광합성계보다 훨씬 간단한 분자에서 양자 결맞음이 일어난다는 게 확인됨에 따라 앞으로 인공광합성 연구는 ‘양자도약(quantum jump)’를 할 수 있을 것으로 보인다. 매큐언의 소소설 속 비운의 물리학자 알두스의 꿈이 현실이 될 날도 머지않았다는 말이다.
강석기 과학칼럼니스트 kangsukki@gmail.com

Posted by 빵이매지션

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  1. 이물리  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.08.01 11:59

    빛에너지가 엽록체에서 전기에너지로 전환된다?? 그 전기에너제는 식물안에서 무엇으로 사용되는 거지?? 탄수화물로 전환되지 않던가??

    • 빵이매지션  댓글주소 수정/삭제 2014.08.17 16:51 신고

      원자수준에서의 화학적 결합 분해 등등은 결국 전자기 현상입니다. 물론 다루는 계가 매우 작은 계이므로 양자역학적 방법으로 풀이해야 하지만 어쨌거나 다뤄지는 힘의 원천은 모두 전기력 입니다.

  2. 이물리  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.08.01 12:00

    도저히 이해가 안된다...

    • 빵이매지션  댓글주소 수정/삭제 2014.09.13 02:43 신고

      아마 위 설명이 이해가 안되신다면 고등학교 이하 과정중이시거나 물리과 학부생이시더라도 학부 1~2학년 과정을 하고 계시겠네요. 이해에 닿으시길 바라며 답글 남깁니다.
      양전하와 음전하는 잘 알고 계실겁니다. 둘의 척력과 인력에 대해서도 익히 아실 것 같구요. 사실 우리가 알고 있는 대부분의 힘은 이러한 전하의 인력과 척력의 합성입니다. 참고로 이 세상에 존재하는 모든 힘은 4가지 힘으로 이루어집니다. 중력, 전자기력, 약력, 강력. 이들 중 분자정도 크기에서 가장 지배적인 힘은 전자기력입니다. 평소에는 우리가 알고 있는 원자는 양전하(원자핵)와 음전하(전자)가 균형을 이루고 있지요. 하지만 빛과 같은 전자기파동이 지나가면 원자 내에 전자가 요동을 치게 됩니다. 이 요동 중에 전자는 원자핵에서 빠져 나가기도 합니다. 이러한 과정이 광합성에서는 매우 중요합니다. 포도당을 합성하는 에너지를 얻게되는 중요한 과정이기 때문이지요.

금속 빛을 받아 ‘금’으로 변하다

[표지로 읽는 과학] 경주마가 잘 달리는 비밀 풀었다

2012년 09월 02일

 
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이번 주 ‘사이언스’의 표지는 ‘금’빛으로 물들었다. 금색 필름 위에 놓인 금색 구슬들이 빛을 받아 금색으로 반짝이는 것이다.

이 사진은 미국 듀크대 퓨랫 공과대 데이비드 스미스 교수팀이 실험한 금속 나노 입자 표면에 형성된 플라즈몬 전자기장의 크기를 재는 장면을 재현한 것이다. 

플라즈몬이란 금속 내 자유전자가 집단으로 진동하는 현상을 말한다. 보통 물질의 원자 안에는 핵과 전자가 단단히 묶여 있는 반면, 금속 전자는 자유롭게 돌아다닌다. 이것을 자유전자라고 부르는데, 금속이 전기가 잘 통하는 이유는 이러한 자유전자가 금속 안을 움직이며 전류를 만들기 때문이다.

자유전자는 전기뿐 아니라 빛도 잘 흐르게 해 금속 표면에 빛과 함께 진동하며 표면을 흘러 다른 곳으로 향한다. 이렇게 흐르는 빛이 ‘표면 플라즈몬’이다. 관련 연구진들은 금속 표면에 나타나는 플라즈몬 현상을 이용해 광학 센서나 광학회로 등으로 이용하려는 연구를 하고 있다.

듀크대 연구진은 실험을 통해 빛의 세기에 따른 플라즈몬 전자기장의 세기를 정량적으로 측정하는 데 성공했다. 금 나노 입자와 금 필름의 상호작용에서 나오는 광학 산란의 최대치를 측정했으며 원자 수준에서 정확도를 입증했다. 

스미스 교수는 “우리의 연구는 정교하게 빛의 산란을 조절하기 위한 일종의 로드맵”이라며 “일단 빛으로 금속의 전자기장이 얼마나 높아질 수 있는지 최고치를 알면 그 어떤 플라즈모닉 장비의 효율도 계산할 수 있다”고 설명했다.

한편 이번 주 ‘네이처’ 표지는 2004년 열린 ‘란스못 국제 말 대회(Landsmót International Horse Competition)’에 참가해 달리는 경주마와 승마선수의 장면이다. 사진 속에 보이는 말은 아이스랜딕(Icelandic horse)으로, 아이슬란드에서 개발됐으며 작지만 수명이 길고 강하며 독특한 걸음걸이를 가지고 있다. 

경주마가 표지를 장식한 이유는 스웨덴 연구진이 말의 걸음걸이에 영향을 주는 유전자 ‘DMRT3’를 찾아냈기 때문이다. 모든 말들은 걷기(walk), 종종걸음(trot․속보), 달음박질(canter․구보), 전속력 달리기(gallop․질주)의 4가지 걸음을 걸을 수 있다. 

그런데 아이스랜딕 계열의 말들은 ‘측대속보(側對速步․pacing)’라고 불리는 독특한 걸음을 걸을 수 있다. 측대속보는 같은 쪽 앞발과 뒷발이 동시에 움직이는 걸음걸이다. 아이스랜딕 계열 외에도 미국산 ‘스탠더드브레드(Standardbred)’ 같은 종도 측대속보로 걸을 수 있으며, 이는 특정 종류의 경주에서 유리하다. 

스웨덴 웁살라대 유전학자인 레이프 앤더슨(Leif Andersson) 박사팀은 이 독특한 걸음걸이의 비밀을 풀기 위해 70마리 말의 유전체(genome)을 분석했다. 70마리 말 중 40마리는 측대속보로 걸을 수 있는 품종이었고, 나머지 30마리는 다른 걸음걸이를 보이는 품종이었다. 

연구 결과 앤더슨 박사팀은 ‘DMRT3’이라고 불리는 단일 유전자의 돌연변이가 모든 말의 걸음걸이에 영향을 준다는 사실을 밝혔다. 이 유전자에 변이가 일찍 정지돼 길이가 짧은 말일 경우 측대속보로 걸을 수 있었던 것이다. 

앤더슨 박사는 “DMRT3 유전자에 변이가 없는 말들은 오른쪽 뒷다리와 앞다리를 동시에 앞으로 움직이지 못했다”며 “그러나 이 유전자에 3분의 1 정도로 짧게 코드화된 단백질 변이가 있는 경우 이런 움직임이 유연하게 나타났다”고 말했다.

연구진은 이 유전자와 다리 운동에 관한 관계를 확인하기 위해 생쥐 실험을 추가로 했다. 그 결과 DMRT3 유전자가 다리 움직임을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 척추 신경세포의 정상적인 발달에 중요한 역할을 한다는 걸 확인했다. 이 유전자가 제대로 기능하지 못한 생쥐들이 네 다리를 조절하는 데 문제가 생겼기 때문이다. 

미국 인간게놈연구소에서 가축유전학을 연구하는 엘리안 오스트란더(Elaine Ostrander) 박사는 “개의 두개골 형성에 관한 유전학 연구가 인간 장애의 원인 유전자에 대한 힌트를 준 것처럼 이번 연구 역시 인간 장애 연구에 기초를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.

김윤미 기자 ymkim@donga.com
박태진 기자 tmt1984@donga.com

Posted by 빵이매지션

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수소 넣었다 뺐다 ‘마법’의 물질

김자헌 숭실대 교수팀, 나노다공성 물질 개발

2012년 08월 01일

 
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김자헌 숭실대 화학과 교수
국내 연구진이 미래 청정에너지로 주목받는 수소를 저장할 수 있는 새로운 물질을 개발했다.

수소는 물에서 쉽게 얻을 수 있지만 저장이 어려워 쉽게 상용화되지 못하고 있다. 현재 수소자동차에는 수소연료를 고압으로 압축해 저장하는 방식이 많이 쓰이는데, 압축이 잘 되지 않아 마냥 압력을 높이는 방식으로는 한계가 있다.

숭실대 화학과 김자헌 교수팀은 낮은 압력에서도 수소를 효과적으로 저장할 수 있는 새로운 ‘나노다공성 물질(MOF)’을 개발했다고 1일 밝혔다. MOF는 금속과 유기물 분자가 결합된 결정 물질로 내부에 1나노미터(nm, 1nm=10억분의 1m)보다 작은 구멍이 많이 나 있다.

MOF는 구멍에 수소가 잘 달라붙어 낮은 압력에서도 수소를 안전하게 저장할 수 있고 용기의 부피도 줄일 수 있는 물질로 세계적으로 주목받고 있었다. 문제는 수소를 꺼내 쓸 때 발생한다. 달라붙어 있는 수소를 어떻게 떼어낼 것이냐는 것이다. 

연구팀은 먼저 단일골격으로 이뤄진 MOF 2개를 300도로 가열한 뒤 서로 고리처럼 엮어 이중 골격 구조를 만들었다. 이 구조는 단일골격일 때보다 기체 저장에 불필요한 부분이 적어 부피를 줄일 수 있고, 표면적이 넓어 수소가 달라붙을 수 있는 공간이 커지는 등 저장 효율이 높았다.

또 연구팀은 가열 온도와 처리하는 물질에 따라 MOF의 구조가 바뀌는 현상을 확인했다. 이를 이용하면 저장용기에서 수소를 꺼내 쓸 때 용기물질의 구조를 바꿔 수소를 쉽게 떼어낼 수 있다. 

김 교수는 “MOF의 구조를 원하는 대로 바꿔 수소와의 결합력을 조절할 수 있다는 점에서 이 물질은 새로운 개념의 수소 저장용기로 활용할 수 있다”면서 “수소 외에 질소 등 여러 종류의 기체를 저장·분리하는 데도 쓰일 수 있다”고 말했다.

이 연구결과는 화학 분야의 권위지 ‘앙게반테 케미’ 7월 17일자에 실렸다.

MOF 결정구조와 변환. 파란색 다면체로 표현된 아연 금속이온들을 유기물 리간드가 연결하여 분자 골격을 이루고 있으며, 분홍색으로 표시된 배위 용매가 떨어지면서 녹색으로 표시된 골격과 파란색으로 표시된 단일골격이 이중골격 구조로 바뀌게 된다.


이재웅 기자 ilju2@donga.com

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자기 무게 100배 나가는 기름도 거뜬히 먹어 치운다

탄소나노튜브에 붕소 넣어 기름 흡수하는 ‘나노 스펀지’ 개발

2012년 04월 22일

 
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지난해 12월 7일 충남 태안 앞바다에서 발생한 기름 유출 사고는 최악의 환경오염 사고였다. 당시 검은 기름으로 뒤덮였던 태안 만리포 해수욕장의 모습. 동아일보DB 제공
2007년 12월 충남 태안군 만리포 북서쪽 바다에서 유조선 허베이스피릿호와 해상크레인이 충돌했다. 이 사고로 유출된 원유 1만 2547㎘가 만든 짙은 기름띠는 만리포와 천리포, 모항, 안면도 등의 바다를 오염시켰다. 

사고 발생 후 기름 확산을 막는 작업이 계속됐지만 한 달 동안 수거된 폐유는 유출량의 절반에도 미치지 못했다. 해수욕장과 어장, 양식장 등에 극심한 피해를 입은 충남 태안군과 서산시 일대는 특별재난지역으로 선포됐고, 사고가 일어난 지 거의 1년이 다 돼서야 해안방제가 마무리됐다. 

이처럼 해상 기름 유출 사고로 오염된 바다를 다시 되돌리는 일은 어렵고 시간도 오래 걸린다. 그런데 최근 이런 기름 유출 사고 시 활용할 수 있는 새로운 물질이 개발돼 눈길을 끌고 있다. 

미국 라이스대와 펜실베이니아주립대 공동연구팀은 물에 있는 기름을 효과적으로 흡수하는 새로운 물질을 만들어 세계적 과학저널 ‘네이처’가 발행하는 온라인 저널인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’ 13일자에 발표했다. 

연구진은 탄소나노튜브를 만드는 과정에 붕소를 첨가하면 스펀지처럼 구멍이 많고 푹신푹신한 물질이 만들어진다는 사실을 알아냈다. 이 물질은 물을 무척 싫어해 튕겨내는 성질(초발수)을 갖는 동시에 기름을 좋아하는 성질(친유성)도 있다. 기름을 빨아들이면서 물에는 젖지 않는 ‘나노 스펀지’가 만들어진 것이다. 

미국 연구진이 개발한 ‘나노튜브 스펀지‘의 모습. 탄소나노튜브를 만드는 과정에 붕소를 첨가하자 그림처럼 결합이 일어난 부분이 꺾이면서 그물망 같은 구조를 이뤘다. 네이처 제공


다니엘 하심(Daniel Hashim) 라이스대 연구원은 “탄소나노튜브를 만드는 과정에서 붕소를 첨가했더니 스펀지처럼 폭신폭신한 ‘나노 스펀지’가 만들어졌다”며 “‘나노 스펀지’는 99% 이상이 공기로 채워져 있어 자기 무게의 100배 이상 되는 기름을 흡수할 수 있다”고 설명했다. 

하심 연구원은 ‘나노 스펀지’의 성능을 보여주기 위한 간단한 동영상도 공개했다. ‘나노 스펀지’ 위에 자동차 엔진 오일이 떨어지자 기름이 스르륵 빨려 들어갔다. 또 ‘나노 스펀지’에 열을 가해 기름을 없애자 원래 상태로 되돌아왔다. 

이번 연구를 총괄한 풀리켈 아자얀(Pulickel Ajayan) 라이스대 교수는 “탄소나노튜브를 만드는 과정에 들어간 붕소가 복잡한 그물망을 이루는 데 도움을 줬다”며 “탄소나노튜브로 기름을 흡수하려는 시도는 이전에도 있었지만 이처럼 설득력 있는 결과가 나온 건 처음”라고 말했다. 

연구진은 이 물질을 더 크고 두껍게 만들어 기름 유출 사고 등에 활용할 수 있도록 추가 연구를 할 계획이다.



박태진 기자 tmt1984@donga.com


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‘걷기만 하면 전기 쑥쑥’ 상용화 가까워

국내 연구진, 효율 36배 높인 압전소자 개발

2012년 03월 28일

 
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김상우(왼쪽), 최덕현 교수
신고 걷기만 하면 전기가 만들어지는 신발이 상용화될 가능성이 높아졌다. 국내 연구진이 에너지 변환 효율을 획기적으로 높인 압전소자를 개발했기 때문이다.

압전소자는 압력이나 진동 같은 물리적인 힘을 전기에너지로 바꾸는 장치다. 가스레인지의 스위치에도 압전소자가 들어 있다. 압전소자를 신발 뒤축에 붙이면 발을 내디딜 때마다 전기에너지를 만들 수 있다.

성균관대 신소재공학부 김상우 교수와 경희대 기계공학과 최덕현 교수 공동 연구팀은 에너지 변환 효율을 0.5%에서 18%로 종전보다 36배로 높인 압전소자를 개발하는 데 성공했다고 27일 밝혔다. 

핵심은 압전소자의 재료다. 기존 압전소자는 무기물로 만들어진 반면 연구진은 무기물에 유기물인 폴리머(P3HT)를 섞은 하이브리드 구조로 압전소자를 만들었다. 폴리머는 태양전지에도 사용되는 물질이다. 연구진은 가로 5㎜, 세로 4㎜로 압전소자를 제작한 뒤 가로 5㎝, 세로 1㎝인 판에 붙여 압전소자를 구부리는 등 다양한 실험을 진행했다.

김 교수는 “압전소자는 친환경 에너지 소자로 주목받고 있지만 전기에너지 변환 비율이 낮아 상용화가 힘들었다”면서 “이번 성과로 압전소자의 상용화 시기를 앞당길 수 있을 것”이라고 기대했다. 이 연구 결과는 나노과학 분야의 권위지인 ‘나노 레터스’ 16일자 온라인판에 소개됐다.


이재웅 기자 ilju2@donga.com


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와인 잔 돌리는 황금법칙

[채널A]

2011년 12월 16일

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투명한 와인잔의 다리를 잡고 가볍게 돌립니다.

붉은 소용돌이가 잔 벽에 부드러운 곡선을 그려냅니다.

와인을 마시기 전 잔을 빙빙 돌리는 것을 스월링이라고 하는데, 이렇게 돌리면 공기와 와인의 접촉이 늘어나 술의 맛과 향이 좋아집니다.

[조미경/소믈리에]
“와인 성분중에 산도라던가 떫은 탄닌 성분들이 부드럽게 느껴지는 효과를 내게 됩니다.”

최근 스위스의 한 연구팀이 와인에 공기를 가장 잘 섞을 수 있는 스월링의 ‘황금법칙’을 찾아냈습니다.

와인의 양과 와인 잔의 지름, 그리고 잔을 흔드는 속도.

이 3가지의 비율이 일정할 수가 될 때 수면에 잔물결이 많아지면서 맛이 가장 좋다는 겁니다.

따라서 맛있는 와인을 마시기 위해서는 와인잔에 따라 돌리는 속도도 달라야 합니다.

[성형진/카이스트 기계공학과 교수]
“잔이 커지면 천천히 흔들어야돼고, 잔이 작아지면 빨리 흔들어야되고….”

잔이 보통 크기라면 볼록한 부분까지 와인을 따라서 1초에 3~4회 돌리는 게 요령입니다.

잔을 너무 빨리 돌리면 와인에 거품이 생겨서 맛이 떨어집니다.

[이영혜 기자]
“끝이 오목하게 모인 잔을 선택하면 흔들어도 튈 염려가 없습니다.

채널A 뉴스 이영혜입니다.”



채널A 뉴스 바로 보기

이영혜 기자 yhlee@donga.com
박태진 기자 tmt1984@donga.com

출처 http://news.dongascience.com/PHP/NewsView.php?kisaid=20111219200002266928&classcode=01


rw^2 이 원심력이니까.. 와인면이 지면과 이루는 각도에 관계가 있다는 말이 되겠군요.

원심가속도/중력가속도 = 원심력/중력 -> 0.6  -> tan@= 0.6 ->> @= 약 30도 정도
; tan30이 약 0.578

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“몇개월내 결론” …존재입증땐 우주탄생 비밀 밝혀져

2011년 12월 14일

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최근 수많은 루머를 뿌리며 관심을 모았던 ‘신의 입자’ 힉스의 존재 여부는 내년에나 판가름 날 것으로 보인다. 스위스 제네바에 위치한 유럽입자물리연구소(CERN)는 13일 오후 2시(현지 시간) 공개 세미나를 열고 “실험 분석 결과 힉스가 존재할 확률은 99.7%다”라고 발표했다. 힉스가 존재할 가능성은 커졌지만 이를 확신하는 건 ‘시기상조’라는 뜻이다. CERN은 내년 여름까지 추가 실험을 끝내고 내년 10월경 힉스 입자 존재 여부를 판가름 낼 계획이다.

이날 CERN은 거대강입자가속기(LHC)에 설치된 두 검출기(ATLAS, CMS)의 분석 결과를 토대로 힉스의 질량이 약 125GeV(기가전자볼트·1GeV는 10억 eV)일 것으로 예상했다. 이는 수소 원자 125개를 합친 것과 비슷하다.

이날 ‘아직은 힉스가 없다’는 CERN의 공식 발표에도 물리학계는 흥분에 휩싸인 분위기다. CERN의 발표를 뒤집어 말하면 ‘힉스 입자가 있다’는 결론에 근접하고 있다는 뜻이 되기 때문이다. CERN 실험에 참여해 온 박인규 서울시립대 물리학과 교수(한국CMS실험사업팀 연구책임자)는 “야구로 치면 8회말까지 끝내고 9회 마무리만 남겨놓은 상황”이라며 “내년에 실험을 추가로 진행하면 (힉스 입자 존재 여부를) 확실히 알 수 있을 것”이라고 말했다.

힉스가 있다는 게 확실해지면 현대물리학의 기본 뼈대라고 할 수 있는 ‘표준모형(Standard Model)’이 완성된다. 우주 탄생을 설명하는 표준모형에는 자연을 구성하는 기본입자 12개가 있고 그 중심에 힉스가 있다. 힉스는 기본입자들과 상호 작용해 질량을 부여하는 중요한 역할을 하지만 그간 표준모형에서 유일하게 발견되지 않고 물리학자들을 애태워 왔다.

힉스가 발견되면 1964년 그 존재를 처음 제안한 영국의 물리학자 피터 힉스(82)는 유력한 노벨 물리학상 후보로 떠오를 가능성이 크다. 반면 2002년부터 피터 힉스와 감정싸움을 벌이며 ‘힉스가 없다’는 쪽에 100달러를 걸었던 영국의 저명한 물리학자 스티븐 호킹은 100달러와 함께 ‘자존심’도 잃게 된다.

이현경 기자 uneasy75@donga.com


출처 - http://news.dongascience.com/PHP/NewsView.php?kisaid=20111214100000000221&classcode=01
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