분자에서 소재 응용까지
날짜 및 시간 - 2024년 9월 11일 – 10월 8일
- 18:00 IST
위치 - 가상
분자모델링 이는 재료과학 분야에서 분자 수준에서 재료의 특성과 거동을 예측하고 이해하기 위해 널리 사용되는 강력한 계산 기법입니다. 원자와 분자 간의 상호작용을 시뮬레이션함으로써, 연구자들은 다양한 재료의 구조적, 기계적, 전자적, 열적 특성을 탐구하고 이에 대한 더 깊은 이해를 얻을 수 있습니다. 분자 동역학( 분자모델링 )은 분자 동역학( 분자동역학), 양자역학, 거칠게 분할된 시뮬레이션(coarse grained simulations) 등 다양한 방법을 포괄하며, 각 방법은 재료 특성에 대한 고유한 통찰력을 제공하고 실험 연구를 이끌어 줍니다.
분자모델링 를 재료 과학 분야에 접목하면 제약, FMCG(일용소비재), 전자, 에너지 저장, 촉매 등 다양한 분야에 적용될 첨단 소재의 개발을 가속화할 수 있습니다.
“분자에서 소재 응용까지”라는 제목의 이번 웨비나 시리즈에서는 Schrödinger 의 소재 과학 도구를 활용하여, 원자 수준 분석( 분자모델링 ) 기술과 이 기술이 소재 과학 연구에 미치는 혁신적인 영향을 심도 있게 다룰 예정입니다.
9월 11일 | 18:00 IST 분자모델링: 제약 제형 분야의 실제 과제를 해결하는 열쇠
발표자:
Sudharsan Pandiyan, Principal Scientist II, Schrödinger
초록:
혁신적인 약물 전달 방법에 대한 수요로 인해 연구자들은 제약 제형 내의 복잡한 구조-성질 관계를 탐구하게 되었습니다. 양자역학(QM) 및 분자 동역학( 분자동역학 , MD) 시뮬레이션은 이러한 제형을 분자 수준에서 이해하는 데 유용한 도구입니다.
제약 과학 분야의 주요 관심사로는 화학적 안정성, 반응성, 분자 분해, 불순물 프로파일링, 부형제 선정 및 다형체 예측 등이 있습니다. 제형 개발 과정에 착수하기 전에 제형 특성( 활성 제약 성분 ,API)에 대한 철저한 이해가 필수적입니다. Schrödinger 의 Materials Science Suite(MS-Suite)는 스펙트럼(IR, 라만, NMR, UV-Visible, XRD)을 예측하고, 분해 경로 및 화학적 반응성을 포함하여 다양한 pH 조건 하에서 제형( API)의 거동을 평가하기 위한 포괄적인 계산 워크플로우를 제공합니다.
최근 GPU 기술의 발전으로 MD 시뮬레이션 속도가 크게 향상되어, 이전에는 달성할 수 없었던 시간 척도를 구현할 수 있게 되었습니다. 이러한 획기적인 속도 향상과 예측 정확도가 결합되어, 제약 제형 개발 분야에서 분자 동역학(MD) 시뮬레이션의 활용에 혁명을 일으킬 것으로 기대됩니다. MD 기반 워크플로는 제형의 물리적 특성 안정성 , 상전이 phase , 용해도 혼화성, 용해 속도 용해도 , 막을 통한 물질 확산 API , 형태, 부형제 호환성, 캡슐화 및 코팅 선택과 같은 중요한 제형 설계 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
이번 발표에서는 분자적 관점에서 이러한 기능을 입증하는 몇 가지 성공적인 사례 연구를 중점적으로 다룰 예정입니다.
9월 18일 | 18:00 IST 분자모델링 를 활용하여 고분자 소재 및 소비재 분야의 혁신을 주도하다
발표자:
스리람 크리슈나무르티(Sriram Krishnamurthy), 1급 선임 과학자, Schrödinger
초록:
고분자 소재와 소비재(CPG)는 산업 및 일상 생활 모두에서 상당한 중요성을 차지하며, 현대 생활의 다양한 측면에 영향을 미치고 있습니다. 고분자는 다용도성과 건설, 전자, 의료, 자동차 등 광범위한 응용 분야 덕분에 다양한 산업에서 핵심적인 역할을 수행합니다. 과학 연구와 혁신이 지속적으로 발전함에 따라, 고분자 소재는 여전히 개발의 최전선에 서 있습니다. 우리의 일상생활에 지대한 영향을 미치는 소비재(CPG) 분야에서는, 더 건강한 식품 선택지와 더 지속 가능한 포장 솔루션 등 변화하는 소비자 요구를 충족시키는 제품을 개발하려는 노력이 지속적으로 이루어지고 있습니다. 고분자 소재와 소비재는 현대 사회에 있어 그 중요성 면에서 깊이 연결되어 있습니다.
분자모델링 은 이러한 소재의 설계 및 최적화 과정에서 혁신적인 도구로 부상했습니다. 분자 상호작용과 재료 특성에 대한 심층적인 통찰력을 제공하는 분자모델링 는 혁신적이고 효율적이며 지속 가능한 신소재 개발을 가속화합니다. 이러한 접근 방식은 재료 거동에 대한 이해를 높일 뿐만 아니라, 현대 소비재의 특정 요구 사항에 맞춘 첨단 솔루션의 혁신을 촉진합니다.
이번 웨비나에서는 이러한 과학 분야에서 연구 개발(R&D) 노력을 가속화할 수 있는 Schrödinger의 재료 과학 도구를 중점적으로 다룰 예정입니다. 주요 문제를 해결하고 분자모델링 를 적용할 수 있는 분야를 파악하기 위한 실질적인 사례 연구를 소개할 것입니다.
9월 25일 | 18:00 IST 증착 또는 식각의 화학적 반응을 제어하기 위한 공정 매개변수의 효율적인 계산
발표자:
Simon Elliott, 연구 책임자, Schrödinger
초록:
본 발표에서는 증착 및 식각 공정을 이해하고, 제어하며, 개선하기 위한 다양한 계산 기법을 소개합니다. 특히 연구 주제와 주어진 시간에 맞는 적절한 기법을 선택하는 데 중점을 둡니다. 동일한 계산 기법을 활용하여 촉매 반응이나 센싱과 같은 다른 기체-표면 공정도 조사할 수 있습니다.
고체 표면을 기체 시약으로 처리할 때 서로 다른 화학 반응들이 경쟁적으로 일어날 수 있으며, 그 결과는 온도와 압력 등의 조건에 의해 결정된다. 예를 들어, 온도가 상승함에 따라 자기제한 증착(ALD) 대신 연속 증착(CVD)이 우세해질 수 있습니다. 또는 온도에 따라 어떤 물질이 증착되는지가 결정될 수도 있습니다. 여기서 제시된 사례의 경우, 75°C에서 수행된 실험에서는 RuO₄+H₂로부터 루테늄 산화물 박막이 증착되는 반면, 100°C 이상에서는 Ru 금속이 얻어집니다. 루테늄(Ru)은 전자 산업 분야의 전기 도금 시드 층, 커패시터 전극, 이종 촉매 등으로 연구되고 있으며, 이 모든 응용 분야에서는 산화물이 아닌 금속이 필요합니다. 본 연구에서는 밀도 함수 이론(DFT)에 기반한 열역학이 가능한 표면-기체 과정을 구별하는 데 있어 계산 효율이 높은 접근법임을 보여줍니다. 서로 다른 화학 반응 간의 전환이 일어나는 온도와 압력을 추정할 수 있으며, 그 정확도는 엔트로피, 피복도 및 확산을 어떻게 다루느냐에 따라 달라집니다. 우리는 DFT 를 사용하여 H₂ 및 RuO₄ 시약에 대한 Ru 금속, 하이드라이드, 하이드록사이드 및 산화물의 표면-기체 반응( 안정성 ) 조건을 조사함으로써, 100°C 바로 아래에서 발생하는 산화물에서 금속 박막으로의 전환을 설명합니다. 또한 각 정확도 수준이 제공할 수 있는 이점과 연구자 시간 및 컴퓨터 처리 시간 측면에서 발생하는 비용 간의 균형을 어떻게 맞출 수 있는지 제시합니다.
발표의 두 번째 부분에서는, 구성 요소인 기본 반응 단계들의 결합된 반응 속도 방정식을 해결함으로써 기체-표면 화학의 전반적인 동역학을 조사하는 새로운 Schrödinger 기능인 ‘미세동역학 모델링(Microkinetic Modelling)’을 소개합니다. 이를 통해 실험적으로 측정 가능하고 유체 역학 시뮬레이션의 입력값으로 사용될 수 있는 부착 계수와 같은 거시적 매개변수를 시뮬레이션할 수 있습니다. 먼저, DFT 를 사용하여 기본 반응 단계와 그 활성화 자유 에너지를 계산한 계산 체계를 개괄적으로 설명합니다. 그 결과 도출된 알루미나 ALD용 미세동역학 모델은 온도와 압력의 함수로서 측정 가능한 물리량(예: 성장 속도)을 산출하며, 이는 실험을 통해 검증되었다. 압력에 따른 변동을 고려함으로써 높은 종횡비 구조 내의 침투 깊이와 형상 일치도를 설명할 수 있다.
따라서 본 발표에서 논의된 두 사례는 원자 규모의 DFT 를 상위 수준의 계산 체계에 통합함으로써, 화학 공정을 제어하기 위한 조건과 매개변수를 정확하고 실현 가능한 방식으로 예측할 수 있는 방법을 보여준다.
10월 1일 | 18:00 IST 물리 기반 모델링과 머신러닝 이 배터리 소재 개발 가속화를 어떻게 가능하게 하는가
발표자:
Garvit Agarwal, 선임 연구원 II, Schrödinger
초록:
지난 10년 동안 재충전식 리튬 이온 배터리(LIB) 기술의 급속한 발전은 운송 및 소비자 가전 등 여러 주요 산업에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 급속히 증가하는 수요를 충족하고 LIB의 전력 밀도, 안전성, 신뢰성 및 수명을 개선하기 위해서는 새로운 배터리 화학 물질이 필요합니다. 분자모델링 는 새로운 배터리 화학 물질 설계 주기의 필수적인 부분이 되었습니다. 정확한 물리 기반 모델링을 통해 방대한 화학 및 재료 설계 공간을 신속하게 평가하고 선별할 수 있어, 업계가 신기술을 시장에 출시하는 데 소요되는 시간을 단축하는 데 도움이 됩니다.
이번 웨비나에서는 배터리 소재 설계를 위한 Schrödinger의 디지털 화학 플랫폼에 적용된 최신 기술 혁신을 소개합니다. 특히, 이 웨비나에서는 음극 소재의 열역학적 안정성 및 전압 프로파일, 전극 소재 내 이온 확산 경로 및 동역학, 액체 전해질의 수송 특성을 정확하게 예측하기 위한 자동화 솔루션의 적용 사례를 중점적으로 다룰 예정이며, Schrödinger의 SEI 시뮬레이터 모듈을 활용한 고체 전해질 계면(SEI) 층의 핵형성 및 성장 모델링 사례도 소개합니다. 또한 액체 전해질, 무기 음극 코팅, 고체 고분자 전해질과 같은 복잡한 소재를 위한 맞춤형 머신러닝 힘장 개발을 위한 자동화된 일반화 프레임워크를 소개하여, 차세대 배터리용 신소재의 효율적인 설계에 기여할 것입니다.
10월 8일 | 18:00 IST Schrödinger의 디지털 화학 플랫폼을 활용한 비대칭 촉매 설계 가속화
발표자: 사이엔탄 바그(
), 1급 선임 연구원, Schrödinger
초록:
비대칭 촉매 반응은 21세기 후반 과학 주도 기술 혁명의 핵심 요소로 자리 잡았으며, 이를 통해 에너지 수요 감소, 지속 가능한 화학 공정, 그리고 “불가능”해 보였던 변환의 실현을 이끌어내고 있다. 키랄 전이금속 착물을 기반으로 한 비대칭 촉매 반응은 단일 에난티오머 의약품, 향수 및 농약의 합성에 중요한 역할을 한다. 이 분야의 중요성은 2001년(전이금속 촉매)과 2021년(유기촉매)에 두 차례 노벨상 수상으로 인정받았다.
비대칭 촉매는 전통적으로 실험적 시행착오 방법을 통해 설계되어 왔는데, 이는 자원과 시간, 인력을 많이 소모하므로 비용이 매우 많이 듭니다. 디지털 방법은 촉매 설계를 가속화할 기회를 제공합니다. 최근까지 계산 화학, 특히 양자 화학 연구는 키랄성 생성 메커니즘에 대한 합리적 설명을 제공함으로써 비대칭 촉매 설계에 간접적으로 기여해 왔습니다. 보다 진보된 방법과 알고리즘, 그리고 자동화 기능이 통합됨에 따라, 이제 계산 촉매학은 비대칭 촉매의 직접적인 설계 가능성을 제공하고 있습니다.
이번 웨비나에서는 Schrödinger의 첨단 디지털 화학 플랫폼을 활용하여 비대칭 촉매의 직접적인 설계 및 발견을 가속화하는 방법을 시연해 드리겠습니다.