2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of prediction methods for polymer dynamics in nanocomposites
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17H01152
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
増渕 雄一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40291281)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畝山 多加志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10524720)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高分子 / ナノコンポジット / 粘弾性 / 粘度 / レオロジー / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子と固体粒子を混合したコンポジット材料は利用が進んでいるが，成形加工等で重要なダイナミクスに関する理解は進んでおらず，従来の分子シミュレーションでも扱いが困難である．
本研究では高分子に固体粒子を含む系の長時間ダイナミクスを扱える新たな分子シミュレーション法および分子理論の開発を行った．申請者が独自に開発している高分子液体のモデルである多体スリップスプリングモデルを拡張し，従来のいわゆる粗視化分子動力学法に対して数百倍の高速計算ができる手法を開発した．シミュレーションで得られる知見を利用して管模型を拡張した分子理論の構築も目論んだ．これらのシミュレーションと理論の検証のため，レオロジー計測実験も行った．
本年度はナノ粒子を含む系のスリップスプリングモデルでのシミュレーションを行い，粘度低下が見られる条件があるか検討した．その結果，非常に限られた条件でのみ粘度低下が見られるものの，実験で実現可能と思われる条件の範囲では粘度低下が見られなかった．この点ではMackayらの実験に整合する結果が得られなかった．
上記のシミュレーション結果を検討するために，ポリスチレンメルトにC60を混ぜた系での実験を系統的に実施した．その結果，Mackayらの先行研究を再現することはできず，C60の濃度およびPSの分子量をどのように変更しようとも粘度低下は実現できなかった．ただし，試料調整条件によっては，非常に再現性が低いものの，粘度低下が見られる場合があった．
これらの結果から，研究の当初に再現を目論んだ実験の条件を検討せざるをえなくなった．当初予定していなかったビーズスプリングモデルを用いた計算から，試料調整条件によって現れる非平衡状態においてのみ，見かけの粘度が低下する場合があると結論づけられた．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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