한국과학기술원(KAIST)은 화학과 김형준 교수 연구팀이 소재 물성의 예측 오차율을 10% 이내로 줄인 소재 설계 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

소재 설계 기술은 실제 소재를 합성하고 평가하기 전에 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 소재 물성을 예측하는 기술이다.

그동안 소재 물성은 1964년 개발된 '밀도범함수 이론'(DFD·분자 내부에 전자가 들어있는 모양과 그 에너지를 양자역학으로 계산하기 위한 이론)을 이용해 예측했다.

하지만 밀도범함수 이론은 판데르발스 힘을 정확히 설명할 수 없는 한계가 있다.

판데르발스 힘은 전하의 일시적 쏠림으로 분자가 순간적으로 극성을 띠면서 나타나는 당기는 힘인데, 이를 정확히 기술하지 못해 물성 예측도가 떨어지게 된다.

연구팀은 판데르발스 힘을 효과적으로 설명할 수 있는 새로운 이론을 개발, 이를 밀도범함수 이론에 접목해 다양한 소재의 물성을 높은 정확률로 예측하는 데 성공했다.

100여 종의 다양한 소재를 테스트한 결과 기존 40%에 달했던 오차율이 10% 이내로 줄어든 것이 확인됐다.

김형준 교수는 "배터리 소재, 에너지 전환 촉매 소재, 2차원 나노 소재 등 다양한 차세대 기능성 소재를 설계하는 연구에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국 화학회지'(Journal of the American Chemical Society) 지난 10일 자 온라인판에 실렸다.