DFT와 소재개발 - MI

DFT와 소재 개발과의 관계

DFT(밀도범함수 이론, Density Functional Theory)는 소재 개발 과정에서 핵심적인 계산 도구로 활용되며, 물질의 전자 구조와 물성을 양자역학적으로 예측함으로써 실험 없이도 소재 설계를 가능하게 합니다. 이 이론은 복잡한 분자와 고체 시스템을 모델링하여 안정성, 전기적 특성, 반응성을 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석합니다.

DFT의 소재 개발 적용 분야

1. 물질 구조 예측

DFT는 원자 수준에서 물질의 안정된 구조를 계산합니다. 예를 들어, 특정 분자 배열이 에너지적으로 가능한지 판단해 실험 전에 합성 가능성을 예측합니다. 이는 고체의 밴드 구조(에너지 띠) 분석을 통해 전기 전도도, 광학적 특성 등을 이해하는 데 기반이 됩니다.

2. 반데르발스 힘 보정

기존 DFT는 분자 간 약한 결합인 반데르발스 힘을 정확히 기술하지 못해 금속, 이온 결합 물질 예측에 한계가 있었습니다. KAIST 연구진은 이 오차를 40%에서 10% 이내로 줄여 소재 개발 시간과 비용을 절감하는 기술을 개발했습니다.

3. 전산 소재 과학의 발전

DFT 기반 시뮬레이션은 실제 실험에 필요한 리소스를 대폭 축소합니다. 예를 들어 배터리 전극 소재나 반도체 물질의 최적화 과정에서 수백 가지 후보 물질을 가상으로 스크리닝할 수 있습니다.

기술적 영향

구분	DFT 적용 전	DFT 적용 후
개발 기간	수년 ~ 수십년	수개월 ~ 1~2년
오차율	40% 이상	10% 미만
비용	고가의 실험 반복	시뮬레이션 중심

DFT는 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)과 이름이 같지만 전혀 다른 개념으로, 양자 역학적 계산을 통해 소재의 양자 상태를 직접 모델링한다는 점이 특징입니다. 현재 이 기술은 인공지능과 결합해 신소재 발견 속도를 혁신적으로 가속화하고 있습니다.