2018 Fiscal Year Annual Research Report

帯電系のための新規分子動力学法の開発と有機熱電変換材料への応用

Research Project

Project/Area Number	16H06071
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	高橋和義国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (60645208)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords	高分子電解質 / 物理化学 / 計算化学 / 分子動力学 / 高分子物理
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、高分子電解質溶液系（帯電系）の分子動力学（MD：Molecular Dynamics）法を新たに開発し、これを用いて高分子電解質の溶液構造に及ぼすイオン拡散・凝縮・伝導などの効果を詳細に調べることで、近年注目される熱電変換材料の知的基盤の構築を目指す。平成29年度は高速・高精度な帯電系のMD法として期待されるLIPS/FFT法（平成28年度に本研究にて開発された、Linear-combination-based Isotropic Periodic Sum（LIPS）法と高速フーリエ変換（FFT）を組み合わせた新規の分子間相互作用計算手法）を用いて、高分子電解質溶液系のシンプルなモデル系となる水-ヘキサデカン界面系にイオンを添加した帯電系の自由エネルギー計算を行った。LIPS/FFT法はこれまで技術的に困難であった帯電系の自由エネルギーを正しく見積もることに世界で初めて成功した。高分子電解質水溶液系のような巨大分子系の長時間挙動を定量的に追跡するためには、全原子および粗視化MDとの合理的な連携が不可欠であるが、その接続法はいまだ確立されていない。そこで、基本的な高分子溶融体について、全原子MDと低レベル粗視化MD、および高レベル粗視化MDのマルチスケール接続を試みた。高分子物性のうち代表的ないくつかの物性は良好に相互接続できることを示した。以上の知見は、高分子電解質溶液系のMDを実行するための重要な手がかりとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason LIPS/FFTを用いてモデル帯電系の自由エネルギーを見積もることに成功したため。
Strategy for Future Research Activity	LIPS/FFT法とpH一定のMD法との組み合わせについて開発・検証を進める。また、巨大分子系の長時間挙動を定量的に追跡するために、全原子および粗視化MDのマルチスケール接続法の開発・検証を進める。