Structure-property relationship of elastomers based on complex network science
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20H02800
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
天本 義史 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (70773159)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | エラストマー / ゴム弾性 / 複雑ネットワーク科学 / 応力集中 / 複雑ネットワーク / データサイエンス / 分子動力学シミュレーション / 構造物性相関 / 高次構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、架橋高分子のポリマー鎖の複雑な繋がりをデータサイエンスの手法を用いて定量的に評価し、力学物性の記述に取り組む。具体的には、複雑ネットワーク科学の観点から、中心性やモジュラリティなどの指標に基づき、架橋点間のポリマー鎖の繋がりを数値化し、力学物性への影響を明らかとする。既存の弾性モデルでは記述が難しいメゾ領域における架橋構造の不均一性を扱い、架橋高分子の力学物性に新たな評価法を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複雑ネットワーク科学の観点からエラストマーの繋がりに関する不均一性を定量化し、ゴム弾性への影響を明らかにする事を目的とした。これまでに、複雑ネットワーク科学の近接中心性という指標がゴム弾性を決定付けるパラメータと相関関係がある事を明らかとした。当該年度は、複雑ネットワーク科学に基づきエラストマー中の伸び切り鎖の形成について議論した。
粗視化分子動力学シミュレーションを用いて、計算機上でエラストマーを構築した。一軸伸長において、エラストマー中の高分子鎖の鎖末端距離がバネの平衡長の和よりも長い鎖を伸び切り鎖と定義した。伸び切り鎖は、応力-歪曲線の立ち上がりにやや遅れて形成され、その歪がエラストマーのネットワーク構造に依存した。また、各架橋点の近接中心性と伸び切り鎖の割合に相関関係が見られており、ネットワークの中心に位置する高分子鎖ほど伸び切り鎖になりやすい傾向にある事が確認された。
伸び切り鎖の形成のメカニズムについて、同じ次数が隣接するかを示す次数相関を用いて議論した。伸び切り鎖のみからなるネットワークの次数相関を評価したところ、正の相関係数となったことから、同じ次数の架橋点が隣同士に存在する事が分かった。つまり、伸び切り鎖は隣同士に形成されやすい傾向にあり、応力集中が起きている事が示された。
当該年度の成果として、エラストマー中の伸び切り鎖の形成とネットワークスケールでの応力集中に関する知見を高分子鎖の繋がりという観点から明らかにしており、ゴム材料の破壊などに関して重要な知見を与えると期待される。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
