삼팔면체 점토광물에 대한 분자동역학 시뮬레이션 연구 (A Molecular Dynamics Simulation Study of Trioctahedral Clay Minerals)

서지정보

· 발행기관 : 한국광물학회
· 수록지 정보 : 광물과 암석 / 30권 / 4호 / 161 ~ 172페이지
· 저자명 : 이지연, 이진용, 권기덕

초록

점토광물은 지하수 바닥부터 산림에 이르는 지구의 얇은 표면에 해당하는 ‘크리티컬존(criticalzone)’에 존재하는 금속원소의 지구화학적 순환에 중요한 역할을 한다. 입자 크기가 매우 작은 점토광물에 대한 원자 수준(atomistic scale)의 연구는 지구화학적 순환 과정에 대한 정확한 기작(mechanism)을 규명할 수 있을 뿐만 아니라 재료개발과 같은 산업분야에도 응용될 수 있다. 원자 간의 페어 퍼텐셜(pair potential)을 파라미터화한 힘 장(force field)을 사용하는 분자동역학(molecular dynamics) 컴퓨터 시뮬레이션은 원자 수준의 정보를 제공할 수 있기 때문에 실험과 함께 점토광물의 결정구조와 반응도 연구에 사용된다. 점토광물 시뮬레이션을 위한 힘 장으로는 이팔면체(dioctahedral) 광물을 기반으로 만들어진 ClayFF 힘 장이 보편적으로 사용된다. 삼팔면체(trioctahedral) 광물 시뮬레이션에도ClayFF를 사용하는 연구가 보고되고 있으나, 같은 광물을 계산하더라도 각 연구마다 다른 파라미터값을 사용하고 있기 때문에 파리미터 선택이 시뮬레이션의 정확도에 어떤 영향을 미치는지 체계적인테스트가 필요하다. 이번 연구에서는 삼팔면체 광물인 수활석, 리자다이트, 활석을 대상으로 팔면체마그네슘(Mg)의 원자간 페어 퍼텐셜을 나타내는 파라미터 ‘mgo’와 ‘mgh’를 각각 사용하여 분자동역학 시뮬레이션 계산결과를 비교하였다. 격자상수, 원자 간의 거리 등 삼팔면체 점토광물의 결정구조는주어진 두 가지 파라미터에 관계없이 거의 일정한 결과를 보여주었지만, 진동 파워 스펙트럼(vibrationalpower spectrum)으로 계산한 수산기의 진동수는 파라미터에 따라 상대적으로 뚜렷한 차이를 보였다.

영어초록

Clay minerals play a major role in the geochemical cycles of metals in the Critical Zone,the Earth surface-layer ranging from the groundwater bottom to the tree tops. Atomistic scale researchof the very fine particles can help understand the fundamental mechanisms of the importantgeochemical processes and possibly apply to development of hybrid nanomaterials. Molecular dynamics(MD) simulations can provide atomistic level insights into the crystal structures of clay minerals andthe chemical reactivity. Classical MD simulations use a force field which is a parameter set ofinteratomic pair potentials. The ClayFF force field has been widely used in the MD simulations ofdioctahedral clay minerals as the force field was developed mainly based on dioctahedral phyllosilicates.
The ClayFF is often used also for trioctahedral mineral simulations, but disagreement exits in selection of the interatomic potential parameters, particularly for Mg atom-types of the octahedral sheet.
In this study, MD simulations were performed for trioctahedral clay minerals such as brucite, lizardite,and talc, to test how the two different Mg atom types (i.e., ‘mgo’ or ‘mgh’) affect the simulationresults. The structural parameters such as lattice parameters and interatomic distances were relativelyinsensitive to the choice of the parameter, but the vibrational power spectra of hydroxyls were moresensitive to the choice of the parameter particularly for lizardite.

참고자료

· 없음