2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of adaptive solution process simulation method with heterogeneous modelling
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17K05151
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
米谷 慎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (30443237)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | モデリング / 粗視化 / シミュレーション / 溶液プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、溶液プロセスによる有機半導体薄膜形成メカニズムを解明・解明するためのヘテロジニアス分子モデリングを用いたアダプティブシミュレーション手法を確立することにある。
低製造エネルギー化を可能とする溶液プロセスによる有機薄膜トランジスタや有機薄膜太陽電池等の実用化には、その薄膜形成メカニズムの理解が必須である。本研究では、有機半導体薄膜の溶液プロセスの分子シミュレーションにおいて、溶液を構成する溶質・溶媒それぞれを粗視化度の異なるモデルを組み合わせたヘテロジニアスなモデリングを用い、さらにその粗視化度を、溶液濃度の変化等の系の発展に応じてダイナミックに変化させるアダプティブシミュレーションを可能にすることを目指す。
H29年度は、上記手法の開発を行うのに最も適した具体的な溶液系の検討を行い、有機溶媒のみならず、水溶媒も含む、より広範囲の溶媒・溶液系の系統的な研究を考慮し、ターシャルブチル置換修飾した有機溶媒可溶性フタロシアニンおよび、スルホン酸ナトリウム置換修飾した水溶性フタロシアニンの溶液系を選択し、その溶媒・溶液の基本的な分子モデリングと溶液挙動の確認を行った。
次に、手法開発の基盤としている粗視化モデリングツール VOTCA-CSGの、特に段階的な粗視化モデリング機能を、水、トルエン等の具体的な溶媒分子に関して確認し、上記の可溶性フタロシアニン溶質分子との溶液系の基礎検討をおこなった。
上記により、溶媒粗視化度を、溶液濃度の変化等の系の発展に応じてダイナミックに変化させるアダプティブシミュレーション手法の開発の基盤を築くことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
溶質としての可溶性有機半導体材料の候補として、まず、研究計画書に例示したアルキル鎖修飾した可溶性フタロシアニンを検討したが、有機溶媒のみならず、水溶媒も含む、より広範囲の溶媒・溶液系の系統的な研究を考慮し、ターシャルブチル置換修飾した有機溶媒可溶性フタロシアニンおよび、スルホン酸ナトリウム置換修飾した水溶性フタロシアニンを選定した。
これらそれぞれの置換体可溶性フタロシアニンのモデリングを行い、有機溶媒としてトルエン、DMFおよび水溶媒溶液中でのシミュレーションを行い、πスタッキングによる１次会合体形成等の溶液中の自己組織化挙動を確認した。
次に、上記溶液系を対象に、溶媒分子モデルの粗視化度をアダプティブに可変とするシミュレーション手法の枠組み構築を目指し、研究計画にあるように、VOTCA-CSGを用いて、溶媒分子の段階的粗視化モデリングの可能性を検討、確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、昨年度確認した溶媒分子モデルの段階的粗視化を、VOTCA-CSG のスクリプトエンジンを用いることにより、溶液濃度の変化等に応じて溶媒分子の粗視化度をアダプティブに可変とする枠組みを開発する。
さらに、スピンコート等の印刷プロセス時に加わるせん断場の考慮を可能とする枠組みを追加する。
せん断場の取り込みは、 GROMACS の機能としてのシミュレーションボックスのせん断変形による方法をまず試み、この方法が妥当な結果を与えない場合には、より一般的な方法である SLLOD アルゴリズムを GROMACS に追加実装することを試みる予定である。
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