핵심을 이루는 '파쇄' 화학적 혁신

과학자들은 기계 화학의 분쇄 및 분쇄 내부의 원자 수준 작업을 공개하고 화학 제조를 보다 지속 가능하고 비용 효율적으로 만들기 위해 발전을 확대할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

첨단 과학 연구 센터, GC/CUNY

이미지: 기계화학 반응을 연구하는 데 사용되는 폴리머 펜 배열의 세 가지 보기. 각 미세한 팁의 뾰족한 부분은 분자를 "밀어" 화학 반응을 유발할 수 있습니다.더보기

출처: Daniel Valles 및 Yerzhan Zholdassov/CUNY 대학원 센터 첨단 과학 연구 센터

뉴욕, 2023년 8월 8일 — CUNY ASRC 연구원 Adam Braunschweig의 연구실은 "분쇄" 화학의 원자 규모 신비를 이해하기 위해 미국 국립 과학 재단에서 새로 지원받은 2,000만 달러 규모의 센터의 일부입니다. 여러 기관이 참여하는 이번 수상으로 CMCC(Center for the Mechanical Control of Chemistry)가 설립되어 기계적 힘의 적용이 어떻게 화학의 새로운 발전을 가능하게 하고 산업 공정을 보다 저렴하고 환경 친화적으로 만들 수 있는지 이해하기 위한 작업을 수행하게 됩니다.

NSF의 공동 책임 조사관인 브라운슈바이크는 "내 연구실이 화학 제조 산업에서 생성되는 독성 폐기물을 획기적으로 줄이는 방식으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지닌 연구에 일조할 수 있게 되어 기쁘다"고 말했습니다. 보조금을 받고 CUNY ASRC 나노과학 이니셔티브(Nanoscience Initiative)와 Hunter College의 화학 및 생화학과 교수로 재직하고 있습니다.

CMCC는 텍사스 A&M 대학교가 주도하여 10개 이상의 기관에 연구와 자금을 지원하게 됩니다. 브라운슈바이크 연구실은 새로운 박사후 연구원, 2명의 학생, 컴퓨터 용량 증가를 지원하기 위해 향후 5년 동안 자금을 지원받을 예정입니다. 또한 팀은 기계화학 반응을 수행하는 빌드 밀링 장치에 대한 자금을 지원받을 것입니다.

기계화학 또는 기계화학은 화학물질을 분쇄하여 반응과 물질을 생성하는 것입니다. 화학자와 자연 모두 오랫동안 다이아몬드를 사용해 왔습니다. 예를 들어 다이아몬드는 지구 내부의 엄청난 압력으로 탄소가 압착될 때 생성됩니다. 르네상스 시대 그림의 안료부터 지역 약국의 의약 화합물에 이르기까지 모든 것을 분쇄하는 데 기계 화학이 사용되었지만 그러한 분쇄 변형의 중심에 있는 원자 규모 프로세스는 완전히 이해되거나 예측할 수 없습니다. 게다가 화학 반응에서 결합을 만들고 끊는 데 필요한 에너지를 전달하는 데 열이나 빛이 자주 사용되는 반면, 기계적 힘을 사용하여 해당 에너지를 전달하고 새로운 유형의 화학을 추진하는 방법은 아직 미개척 분야로 남아 있습니다.

"화학자들은 전통적인 화학적 방법을 사용하여 인간의 건강과 번영을 향상시키는 물질(세계 식량 공급에 도움이 되는 농업용 비료에 필수적인 암모니아 등)을 생성하는 많은 효과적인 방법을 발견했습니다. 그러나 이러한 물질은 잠재적으로 보다 지속 가능한 방식으로 생산될 수 있습니다. NSF의 수학 및 물리 과학 담당 부국장인 Sean L. Jones는 아직 발견되지 않은 기계 화학 기술을 통해 새로운 방법을 모색하고 있다고 말했습니다. "NSF의 화학 기계 제어 센터는 미국 전역의 혁신적인 사고 방식을 확장하는 데 필요한 통찰력을 제공하는 데 중점을 둘 것입니다."

센터 자체가 확장되고 있습니다. NSF의 2천만 달러는 화학 연구의 근본적인 과제를 해결하고 후속 혁신 개발을 목표로 하는 여러 센터를 지원하는 화학 혁신 센터 프로그램의 2단계 지원입니다. CMCC는 2020년에 200만 달러의 1단계 보조금을 받았습니다. 추가 자금을 통해 이 센터는 9개 주에 있는 11개 미국 기관의 작업을 지원함으로써 미국 전역의 기계 화학 연구의 연결점이 될 수 있습니다.

새로운 자금은 원자간력 현미경, 전자현미경, 고압 다이아몬드 모루 등 원자 수준에서 기계적 힘의 효과를 조사할 수 있는 장비를 센터에 제공할 것입니다. 이 센터는 초기 박사후 연구원, 학부 및 대학원생을 위한 훈련과 멘토링을 통해 과학 인력을 성장시키는 데 도움을 줄 것이며 현지 K-12 학생 및 교사와 함께 교육 지원 활동을 수행할 것입니다.