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지식나눔

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Bottom up strategies 인 self assembly에 대해서

2011-11-22 org.kosen.entty.User@3a92879f 권재경(secret36)
  • 1

Bottom-up strategies use the self-organization of molecules
to generate structured materials without external
intervention.Throughout nature, self-assembly is the dominating
fabrication concept for inorganic and biological
systems.In materials science and nanofabrication, selfassembly
based methods are particularly attractive as they
are generally inexpensive and widely applicable and can
even reach subnanometer resolution.Two types of selfassembly
can be distinguished: dynamic and static.Dynamic
systems such as biological cells possess the ability to
link the dissipation of energy to processes that create molecular
order in the cell, i.e., pattern formation. As a result
they are able to reorganize themselves autonomously in response
to their environment. Static systems, such as molecular
crystals, self-organize into structures which represent the
minimum of their free energy or are kinetically trapped in an
intermediate energy state and therefore remain stable, a prerequisite
for manufacturing.

 

나노 리소그래피에 관한 논문에서 발췌한것인데요 셀프 어셈블리의 두가지 type에 대해서 설명해 놓은 것입니다. 그런데 제가 전공분야가 아니어서 그런지 잘 이해가 가지 않습니다. 특히 ,에너지 관련 부분이 잘 이해가 가질 ？습니다. 전문가 분들의 설명 부탁 드리겠습니다.

 

감사합니다.

  • static
  • dynamic
  • self assembly
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답변 1
  • 답변

    김기형님의 답변

    2011-11-24
    • 3

     안녕하세요, 열역학에 대해 공부한 사람으로서 답변 요청을 받고 이렇게 올립니다.

    (참고로, 저는 단백질에 금속 이온이 결합될 때의 열량을 측정해서 단백질 상호작용시 거동을 열역학적으로 분석하는 내용의 공부를 한 사람입니다)


    1) minimum of their free energy:

    보통 free energy라고 하면, 우리나라 말로 '자유에너지'라고 표현됩니다. 열역학 용어로 하면 Gibbs free energy (G)라고 합니다. 왜(?) free라고 명명되었는지는 잘 모르겠습니다만, 개인적인 견해로는 free하게 남 (내가 아닌 주변, 주변에 있는 물질 포함)에게 전해 줄 수 있는 에너지라서 이렇게 명명하는 것 같습니다.


    free energy가 minimum이라는 말은 free energy 차이가 최소가 된다는 말을 줄여서 나타낸 것이고, 열역학에서 '차이'는 그리스 문자 델타 (Δ)로 나타냅니다. 따라서, free energy 차이는 ΔG로 나타낼 수 있습니다.

     

    열역학에서 '차이'는 나중 상태와 처음 상태의 차로 정의됩니다. 즉, ΔG = G (나중상태) - G (처음상태)이라고 풀어서 쓸 수 있겠습니다.

     

    따라서, minimum of their free energy라는 표현은 ΔG의 차이가 최소가 되도록, 즉 나중 상태의 Gibbs free energy와 처음 상태의 Gibbs free energy 차이가 최소가 된다는 말이며, 자연계에서 molecule들이 self-organize into structure로 되는 현상의 근본에는 이같은 열역학적 규칙이 깔려 있기 때문인 것입니다. 이러한 규칙을 만족 시키면서 에너지적으로 안정한 상태에 도달하는 방향으로, 셀프 어셈블리가 일어난다는 것을 설명하고 있는 것 같습니다.

     

    2) are kinetically trapped in an intermediate energy state:

    에너지의 상태가 들뜬상태와 바닥상태가 있다는 것을 상기시켜 본다면, 완전히 들떠 있지도 않고 그렇다고 완전히 바닥 상태에 도달한 것도 아닌데 관찰해보면 안정한 상태를 유지하고 있는 경우가 있습니다. 바로 이 경우를 위와 같이 표현합니다. kinetically trapped, 즉 동력학적으로 덫에 빠져 안정한 상태를 유지하고 있는 그래서 중간 단계 에너지 상태에 있다고 표현합니다.

     

    이같이 동적인 상태로 self-assembled structure를 형성하고 있다면, 주변 상황이 바뀌어 동력학적으로 안정한 상태가 현재 조건과 다른 조건으로 변하게 된다면, 또 다른 intermediate energy state에 도달될 것이고, 거기에 걸맞게 molecule들도 배열을 바꾸게 될 것 입니다.

     

    kinetically trapped라는 표현자체가 final 상태로 에너지적으로 안정한 상태에 도달 한 것을 의미하는 것이 아니기 때문에, 언제고 변화될 수 있는 상황을 나타내기 위해서 kinetically라는 표현을 쓰는 것입니다.

     

    답변 내용이 이해가 되셨나 모르겠네요. 추가적인 질문이 있으시다면, 개인적으로 연락주시면 아는 부분까지는 설명해드리도록 하겠습니다.

     

    즐거운 하루 보내세요~

    -------------------------------------질문-------------------------------------

    Bottom-up strategies use the self-organization of molecules
    to generate structured materials without external
    intervention.Throughout nature, self-assembly is the dominating
    fabrication concept for inorganic and biological
    systems.In materials science and nanofabrication, selfassembly
    based methods are particularly attractive as they
    are generally inexpensive and widely applicable and can
    even reach subnanometer resolution.Two types of selfassembly
    can be distinguished: dynamic and static.Dynamic
    systems such as biological cells possess the ability to
    link the dissipation of energy to processes that create molecular
    order in the cell, i.e., pattern formation. As a result
    they are able to reorganize themselves autonomously in response
    to their environment. Static systems, such as molecular
    crystals, self-organize into structures which represent the
    minimum of their free energy or are kinetically trapped in an
    intermediate energy state and therefore remain stable, a prerequisite
    for manufacturing.

     

    나노 리소그래피에 관한 논문에서 발췌한것인데요 셀프 어셈블리의 두가지 type에 대해서 설명해 놓은 것입니다. 그런데 제가 전공분야가 아니어서 그런지 잘 이해가 가지 않습니다. 특히 ,에너지 관련 부분이 잘 이해가 가질 ？습니다. 전문가 분들의 설명 부탁 드리겠습니다.

     

    감사합니다.

    답변수정

     안녕하세요, 열역학에 대해 공부한 사람으로서 답변 요청을 받고 이렇게 올립니다.

    (참고로, 저는 단백질에 금속 이온이 결합될 때의 열량을 측정해서 단백질 상호작용시 거동을 열역학적으로 분석하는 내용의 공부를 한 사람입니다)


    1) minimum of their free energy:

    보통 free energy라고 하면, 우리나라 말로 '자유에너지'라고 표현됩니다. 열역학 용어로 하면 Gibbs free energy (G)라고 합니다. 왜(?) free라고 명명되었는지는 잘 모르겠습니다만, 개인적인 견해로는 free하게 남 (내가 아닌 주변, 주변에 있는 물질 포함)에게 전해 줄 수 있는 에너지라서 이렇게 명명하는 것 같습니다.


    free energy가 minimum이라는 말은 free energy 차이가 최소가 된다는 말을 줄여서 나타낸 것이고, 열역학에서 '차이'는 그리스 문자 델타 (Δ)로 나타냅니다. 따라서, free energy 차이는 ΔG로 나타낼 수 있습니다.

     

    열역학에서 '차이'는 나중 상태와 처음 상태의 차로 정의됩니다. 즉, ΔG = G (나중상태) - G (처음상태)이라고 풀어서 쓸 수 있겠습니다.

     

    따라서, minimum of their free energy라는 표현은 ΔG의 차이가 최소가 되도록, 즉 나중 상태의 Gibbs free energy와 처음 상태의 Gibbs free energy 차이가 최소가 된다는 말이며, 자연계에서 molecule들이 self-organize into structure로 되는 현상의 근본에는 이같은 열역학적 규칙이 깔려 있기 때문인 것입니다. 이러한 규칙을 만족 시키면서 에너지적으로 안정한 상태에 도달하는 방향으로, 셀프 어셈블리가 일어난다는 것을 설명하고 있는 것 같습니다.

     

    2) are kinetically trapped in an intermediate energy state:

    에너지의 상태가 들뜬상태와 바닥상태가 있다는 것을 상기시켜 본다면, 완전히 들떠 있지도 않고 그렇다고 완전히 바닥 상태에 도달한 것도 아닌데 관찰해보면 안정한 상태를 유지하고 있는 경우가 있습니다. 바로 이 경우를 위와 같이 표현합니다. kinetically trapped, 즉 동력학적으로 덫에 빠져 안정한 상태를 유지하고 있는 그래서 중간 단계 에너지 상태에 있다고 표현합니다.

     

    이같이 동적인 상태로 self-assembled structure를 형성하고 있다면, 주변 상황이 바뀌어 동력학적으로 안정한 상태가 현재 조건과 다른 조건으로 변하게 된다면, 또 다른 intermediate energy state에 도달될 것이고, 거기에 걸맞게 molecule들도 배열을 바꾸게 될 것 입니다.

     

    kinetically trapped라는 표현자체가 final 상태로 에너지적으로 안정한 상태에 도달 한 것을 의미하는 것이 아니기 때문에, 언제고 변화될 수 있는 상황을 나타내기 위해서 kinetically라는 표현을 쓰는 것입니다.

     

    답변 내용이 이해가 되셨나 모르겠네요. 추가적인 질문이 있으시다면, 개인적으로 연락주시면 아는 부분까지는 설명해드리도록 하겠습니다.

     

    즐거운 하루 보내세요~

    -------------------------------------질문-------------------------------------

    Bottom-up strategies use the self-organization of molecules
    to generate structured materials without external
    intervention.Throughout nature, self-assembly is the dominating
    fabrication concept for inorganic and biological
    systems.In materials science and nanofabrication, selfassembly
    based methods are particularly attractive as they
    are generally inexpensive and widely applicable and can
    even reach subnanometer resolution.Two types of selfassembly
    can be distinguished: dynamic and static.Dynamic
    systems such as biological cells possess the ability to
    link the dissipation of energy to processes that create molecular
    order in the cell, i.e., pattern formation. As a result
    they are able to reorganize themselves autonomously in response
    to their environment. Static systems, such as molecular
    crystals, self-organize into structures which represent the
    minimum of their free energy or are kinetically trapped in an
    intermediate energy state and therefore remain stable, a prerequisite
    for manufacturing.

     

    나노 리소그래피에 관한 논문에서 발췌한것인데요 셀프 어셈블리의 두가지 type에 대해서 설명해 놓은 것입니다. 그런데 제가 전공분야가 아니어서 그런지 잘 이해가 가지 않습니다. 특히 ,에너지 관련 부분이 잘 이해가 가질 ？습니다. 전문가 분들의 설명 부탁 드리겠습니다.

     

    감사합니다.

    김재훈(up2date) 2011-11-24

    성심 성의껏 답변해 주셔서 감사합니다. 박수 보내드립니다. 짝짝짝~
    What is 코너 담당 김재훈 드림.

    권재경(secret36) 2011-11-24

    너무 감사합니다. 굉장히 이해가 잘됩니다. 너무 감사합니다. 제 전공분야와 다른 부분이어서 영어 해석하는데 있어서도 무지 어려웠었는데.. 너무 너무 감사합니다.

    김기형(henricco) 2011-11-24

    뭘요~열심히 공부해 가시기를 바랍니다.

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