지난해 7월 일본의 첨단 소재 수출규제로 한일 간 소재전쟁이 불붙은 가운데 김형준 KAIST 화학과 교수 연구팀과 김원준 창업대 교수가 소재 물성의 예측 오차율을 기존 기술보다 30%포인트 이상 줄여 정확도를 한층 높인 소재 시뮬레이션 설계 기술을 개발했다. 기존 40%에 달했던 소재 물성 예측 오차율을 10% 내로 줄여 배터리 소재, 에너지 전환 촉매 소재, 2차원 나노 소재 등 다양한 기능성 소재 설계 연구에서 효과가 기대된다.

연구팀은 반데르발스 힘을 정확하고 효과적으로 기술할 수 있는 새로운 이론을 개발하고 이를 밀도범함수 이론에 접목해 소재 시뮬레이션 기술의 정확도를 한층 높이는 데 성공했다.


연구팀은 100여종의 다양한 소재를 테스트한 결과 40% 정도에 달했던 기존의 소재 물성 예측 오차율이 새 기술을 통해 10% 이내로 줄어듦을 확인했다. 특히 반데르발스 힘은 분자 소재부터 금속 및 반도체 소재에 이르기까지 거의 모든 재료 내에서 소재 물성을 결정하는 데 중요한 역할을 해 연구팀의 새로운 이론은 다양한 차세대 기능성 소재 설계 연구에 적용 가능할 것으로 기대된다.

연구팀이 새 시뮬레이션 방법을 통해 리튬 이온 배터리 물질의 전압이나 2차원 소재의 박리 에너지를 예측하는 과정에서 높은 정확도를 보였다.

김원준 교수는 “새로운 기능성 소재 개발의 중요성이 커지면서 컴퓨터 시뮬레이션으로 소재 물성을 정확히 예측해 신소재를 설계하는 기술이 주목받고 있다”고 설명했다. 이번 연구에는 김민호 KAIST 박사와 김원준 창원대 교수가 공동1저자로 참여했으며 ‘미국 화학회지’ 온라인판에 실렸다. /고광본선임기자 kbgo@sedaily.com