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Deformation and fracture processes of crystalline polymers based on molecular theory

Research Project

Project/Area Number 17K14534
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Polymer/Textile materials
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Higuchi Yuji  東京大学, 物性研究所, 助教 (30613260)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords結晶性高分子 / 変形 / 破壊 / 粗視化分子動力学法 / 大規模計算 / 座屈 / 断片化 / 高分子構造・物性
Outline of Final Research Achievements

Deformation and fracture processes of the lamellar structure in crystalline polymers were studied based on molecular theory. The influence of molecular structures such as tie chains and entanglements on the stress transmission against the stretching was revealed by coarse-grained molecular dynamics simulation. Furthermore, my simulator has been developed to accelerate the simulation speed and enlarge the simulation size. Then, by performing the large-scale stretching simulation, buckling and fragmentation of crystalline layers, and void generation and growth in the fracture process were successfully elucidated. Finally, thermal properties of melting and glass transition of crystalline polymers were successfully measured, indicating the development of this study in the future.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子スケールにおける結晶性高分子の変形・破壊プロセスは実験では直接観察が困難であり、これまでのシミュレーションによる研究では実際の材料の機械的特性の再現すらできていなかった。これに対して本研究では、結晶性高分子の基本構造であるラメラ構造の作成と機械的特性を再現し、応力伝播のメカニズムや空孔の生成・成長プロセスの解明に成功した。分子スケールの構造と応力の関係性を解明することは、機械的特性の高い材料設計に役立つと考えられ、省資源・安全性への貢献が期待される。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Fracture processes of crystalline polymers using coarse-grained molecular dynamics simulations2018

    • Author(s)
      Higuchi Yuji
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 50 Issue: 8 Pages: 579-588

    • DOI

      10.1038/s41428-018-0067-1

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 粗視化分子動力学法による結晶性高分子の転移温度測定2019

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 大粗視化分子動力学法を用いた1 億粒子シミュレーションによる結晶性高分子の伸長プロセス2019

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      第2回ポスト「京」萌芽的課題「基礎科学の挑戦」・「極限マテリアル」 合同公開ワークショップ
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 大規模粗視化分子動力学法による分子論的立場からの結晶性高分子の破壊2018

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 粗視化モデルを用いた高分子材料の破壊シミュレーション2018

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      つくばソフトマター2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Large-scale coarse-grained molecular dynamics simulations on fracture processes of lamellar structure in crystalline polymers2018

    • Author(s)
      Yuji Higuchi
    • Organizer
      The 9th Multiscale Materials Modeling (MMM) conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 粗視化分子動力学法による両親媒性ブロックポリマーの構造形成2018

    • Author(s)
      樋口祐次、伊藤弘明、下川直史、野口博司
    • Organizer
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 粗視化分子動力学法による結晶性高分子のガラス転移2018

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      ガラス転移と関連分野の最先端研究
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 大規模粗視化分子動力学法を用いた結晶性高分子の破壊シミュレーション2018

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      第1回ポスト「京」萌芽的課題「基礎科学の挑戦」・「極限マテリアル」 合同公開ワークショップ
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 結晶性高分子の破壊プロセスにおける分子スケールの応力伝播素子2018

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 粗視化シミュレーションによる半結晶高分子の破壊プロセスへのアプローチ2017

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      つくばソフトマター2017
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 粗視化分子動力学法による結晶性高分子の破壊におけるラメラ厚の影響2017

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 粗視化分子動力学法によるポリエチレンの破壊プロセスにおける応力伝播2017

    • Author(s)
      樋口祐次
    • Organizer
      第31回分子シミュレーション討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2020-03-30  

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