2020 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Discrete Geometric Analysis for Materials Design |
|---|
| Project/Area Number |
17H06468
|
|---|
| Research Institution | Rikkyo University |
|---|
Principal Investigator |
大西 立顕 立教大学, 人工知能科学研究科, 教授 (10376387)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
|
| Keywords | 高分子ブロック共重合体 / ミクロ相分離 / マルチフラクタル / 一般化次元 / エラストマー / 重み付きネットワーク / 中心性 / 架橋 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造の定量化を行った．高分子ブロック共重合体のミクロ相分離構造では，ラメラやジャイロイドなど様々な形状の安定構造が知られている．コンピュータシミュレーションでは，同じ条件下でも安定構造とは異なる不均一な形状をもった準安定構造が得られる．これらの準安定構造の差異を捉えるために構造の定量化を試みた．ミクロ相分離構造に対してマルチフラクタル解析を行い一般化次元と特異性の強さを算出した．また，様々な体積分率の閾値により定義した分離ドメインの連結成分サイズを反映させた指標を考案した．解析の結果，これらの指標が自由エネルギーと相関することを発見し，さらに一般化次元と特異性の強さは力学物性にも関係することが分かった．この知見は，構造の特徴を捉え物性を予測する指標の開発につながると考えられる．
エラストマーの重み付きネットワーク表現と一軸伸長におけるネットワークの構造変化を解析した．弾性をもった高分子であるエラストマーは，分子スケールではネットワーク構造を有し，そのトポロジカルな性質が物性に影響を与えると考えられる．エラストマーの構築と一軸伸長のシミュレーション結果をもとに，エラストマーを重み付きネットワークにより表現し，伸長にともなうネットワーク構造の変化の特徴を複雑ネットワークの観点から解析した．ネットワークの中心にいる架橋点ほど，かつ，初期の架橋点間距離が大きい架橋点ほど応力に対して寄与することを明らかにし，距離を考慮した新たな近接中心性の指標を導入することで架橋点間距離と架橋点のゆらぎの両方を統一的に記述できることを示した．これにより，伸びきり鎖による応力集中の記述も可能になった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ミクロ相分離の構造情報のみから自由エネルギーをある程度予測することが可能となり，計算コストの高いブロックコポリマーのシミュレーションにおいてパラメータ探索の効率化につながった．
弾性を持った高分子であるエラストマーは，既存のモデルでは分岐数と架橋密度のみで応力が決まるとされており，ポリマー鎖の繋がりの影響を加味してゴム弾性を記述することはできていなかった．本研究において，複雑ネットワーク科学の手法を応用して，架橋点の実空間上の位置とネットワーク上の位置の両方を考慮した新たな中心性指標を開発したことで応力を統一的に記述できるようになり，各架橋点の応力への寄与の推定や応力が集中する分子鎖の推定ができるようになった．架橋構造から高次構造特徴量が抽出できたことで欲しい機能を実現する架橋構造の推定にも役立つ知見が得られた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
ミクロ相分離の構造情報のみから応力特性を予測する解析を進める．
エラストマーの重み付きネットワーク表現を用いて，一軸伸長下におけるネットワーク構造の変化を解析する．
結晶性高分子は階層的な結晶構造を有するため，材料探索において成形条件が各階層構造に及ぼす影響や各階層構造が物性に及ぼす影響を明らかにする必要がある．実験データを入手してこれらの解析を行う．
|
