第1部 有機合成の立場から行った素材開発における分子シミュレーション事例

※第1講には配布スライド資料がございません、ノート持参のうえ、あらかじめご了承ください。

(2019年6月10日 10:00～11:30)

　本講座では、多彩なバックグランドを有する講師により、分子軌道法および全原子分子動力学シミュレーションから粗視化シミュレーションに至る種々の計算手法の原理から、実際の開発への応用までの概要を短時間で知ることができる良い機会です。

1. 素材開発における計算化学とは
   • 分子軌道法と分子動力学シミュレーションでわかること
2. 分子軌道法によるポリマーの力学物性の推定
   • 分子構造と弾性率との関係
3. 分子動力学法
   • 高分子中の気体の拡散シミュレーション
   • ポリフッ化ビニリデン共重合体の強誘電相転移現象シミュレーション
   • 皮膚の角質層シミュレーション
4. QM / MM法
   • 酵素サルコシンオキシダーゼの反応シミュレーション
5. まとめ
• 質疑応答

第2部 相分離する高分子材料のシミュレーション方法

(2019年6月10日 12:10〜13:40)

　異種の高分子を混合すると、高分子量であるがゆえ混合におけるエントロピーの効果が低減し、高分子を形成するモノマー間の相互作用が大きく影響して一般的に相分離する。よって、ポリマーアロイや高分子複合材料を製造するのに、相分離現象を無視することはできない。相分離現象を理論的に予測するのに高分子の密度汎関数法が多く用いられる。しかし、高分子の密度汎関数を利用するには、いきなり大規模な計算をするのではなく、以下のように段階的に計算の規模を大きくしてゆくことが問題解決の早道となる。

• 拡張したFlory – Huggins+RPAの方法によりマクロ相分離の有無とミクロ相分離相の領域を3角相図をシミュレートすることにより簡単に判別することが可能である。
• 相分離する組成がわかれば高分子のSCFを利用したシミュレーションにより、種々の相分離構造、特にブロック共重合体であればそのミクロ相分離構造をシミュレートするこが可能である。
• フィラー等の充填物がある場合でも、最近はSCF法により高分子マトリックスの相分離構造をシミュレートすることが可能となってきた。
  これらの計算方法について、OCTAシステムを利用して説明を行う。

　本講座の趣旨としては、高分子混合物 (フィラーを含む) の相分離構造をシミュレートする戦略 (短い時間で成果を出す) をできるだけわかりやすく説明したい。

第3部 階層的な構造をもつ高分子の構造形成シミュレーション

(2019年6月10日 13:50〜15:20)

　高分子のもつ特徴の一つとして、凝集構造の階層性を挙げることができます。本講座では、階層的な構造をもつ高分子の構造形成に焦点を当て、 その基礎概論を述べたあと、高分子のモデリング手法やシミュレーション手法の要点を解説します。また、最近の研究事例についても、その概要を紹介します。

1. 高分子構造形成の基礎概論
   • 階層的な構造をもつ高分子の構造形成について、高分子の結晶化とブロック共重合体のミクロ相分離を例にとって概説する。
2. 高分子のモデリング
   • 高分子のモデリングについて、特に全原子モデルと粗視化モデルの概説を行う。
3. 高分子のシミュレーション手法
   • モンテカルロ (MC) 法
   • 分子動力学 (MD) 法
   • ランジュバン動力学 (LD) 法
   • 散逸粒子動力学 (DPD) 法
4. 研究事例
   • 高分子や両親媒性分子の構造形成に関するシミュレーション研究の事例を紹介する。
• 質疑応答

第4部 粗視化MD法を用いたフィラー充填ゴム材料系のシミュレーション

(2019年6月10日 15:30〜17:00)

　フィラー充填高分子材料系のもつ特徴として、網目状の架橋高分子ネットワークと、フィラーの作る階層的な凝集構造が相補的に役割を持ち、機械的性質 (機能構造相関) を発揮している。本講座では、粗視化MD法の研究アプローチにおけるフィラー充填高分子材料系のモデリング手法やシミュレーション技法の要点を解説します。また、粗視化MD法を用いたシミュレーションによる最近の研究事例について、その概要を紹介します。

1. フィラー充填高分子材料系の概要
   • フィラーを含む高分子材料系について、粗視化MDや高分子物理学の視点で抽象化した概要を説明する。
2. フィラーのモデリング
   • 粗視化MDにおけるフィラーのモデリングについて概説を行う。特に、構造計測実験との対応を意識したモデリングについて説明する。
3. 粗視化MD法のシミュレーション技法
   • フィラー充填高分子材料系の粗視化MDシミュレーションの実施に関し、ソフトウェアなどの環境を含めた技法について紹介する。
4. 研究事例
   • フィラー充填高分子材料系に関する講演者の最近のシミュレーション研究の事例を紹介する。
• 質疑応答