2020 Fiscal Year Annual Research Report
Relaxation behavior of polymer glass below glass transition temperature
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19H01861
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
畝山 多加志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10524720)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増渕 雄一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40291281)
土肥 侑也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10784770)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高分子 / レオロジー / ガラス / 過渡ポテンシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子ガラスを記述するための理論解析および分子シミュレーションを進め、基礎的な理論を発展させた。また、理論の検証や実験との比較に用いることのできる多数のデータを得た。まず、理論として、これまで開発してきた過渡ポテンシャルの理論をより発展させ、ミクロスケールの運動方程式 (正準方程式) からメソスケールの過渡ポテンシャルを含む粗視化運動方程式を系統的に導出する手法を確立した。さらに、高分子系の運動やレオロジーを記述する理論として、からみあった高分子の溶融状態において発現する平坦部弾性率の解析等、ガラス系そのものではないが関連分野の理論を構築した。
シミュレーションとしては高温の通常液体状態から過冷却状態まで、幅広い温度において長時間スケールに渡り粗視化分子動力学シミュレーションを行い、系統的なデータを得た。粗視化モデルや実験データとの比較のため、重心の拡散挙動 (平均二乗変位) と緩和弾性率を求めた。重心の拡散挙動は低分子ガラスのものと類似しており、既存の過渡ポテンシャルモデルによる予測と近い挙動となった。また、緩和弾性率についてはガラスに典型的とされる引き伸ばされた指数関数型緩和が見られており、しかも温度に依存して挙動が変わる様子を再現できた。
2020年度はコロナウイルス対応のため研究室における各種活動が制限され、モデル系の測定は当初予定よりも限定された。移設・設定したレオメータを用いてポリスチレンのガラス状態を含む幅広い温度領域のレオロジーデータを測定したほか、温度可変環境下で強度の高い信号を得るための測定系の再設計を行い、測定環境を構築した。
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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
理論およびシミュレーションについては当初の想定以上に順調に進行していると言えるものの、実験系についてはコロナウイルス対応の制約等で十分には進展できていない。しかしながら、装置の移設や改良等は行えたため、来年度以降のデータ取得と理論やシミュレーションとの比較は可能であると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
理論・シミュレーションについては今後もさらに発展させていく。過渡ポテンシャルの理論についてはミクロスケールダイナミクスからの導出まで行えたため、基礎的には一通り決着した。今後は得られた理論的枠組みのもとで実際の実験系との比較が可能なモデルの構築を試みたり、より高度な粗視化理論につなげることを考える。また、シミュレーションデータは幅広い温度と時間スケールに渡る系統的なデータが得られたので、より幅広い条件で計算を継続する。例えば分子量を変えたり、別のモデルを用いた計算等を行う。実験系はレオロジー、誘電緩和、赤外分光について、同一のサンプルを用いて多面的・系統的に高品質なデータの取得を目指して引き続き測定を行う。
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