2020 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on hierarchical simulation methods using slow variables to predict the flows of soft matter
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19H01862
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
谷口 貴志 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60293669)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチスケールシミュレーション / ソフトマター物理 / 階層間連携 / 高分子流体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，2つの課題 (i)温度分布の効果をマルチスケールシミュレーション法に取り入れる方法と(ii)会合性ひも状ミセル溶液のレオロジー，を中心に研究を進めた.
(i) 今までのミクロとマクロを同時に解くマルチスケールシミュレーション(MSS)法では，高分子流体が等温状態にあることが仮定されてきた．しかし，多くの問題では系は非等温になるため，温度の影響を考慮できるようにすることは重要である. そこで本年度の研究では，非等温条件下の絡み合い高分子溶融体の流動問題にも適用できるようにMSS法を拡張した．この拡張にあたって大きな問題があった. それはミクロレベルで用いる粗視化高分子モデルのパラメータの温度依存性が通常知られていないことである. そのため粗視化モデルをMSS法に組み込む方法が確立されていなかった．一方，レオロジーの分野では，時間・温度換算則に基づいて温度の変化を時間スケールの変化に換算することで, ある温度での動的物理量を求めることができることが知られおり，我々はMSS法を非等温流に拡張するために，時間・温度換算則を逆に使用した. この方法を用い温度分布がある場合の流動予測を可能とした．この拡張されたMSS法では，温度分布により高分子の状態がどのように影響を受けるか直接解析することができる．更に, 得られたミクロな状態とマクロレベルの流動情報との比較検討から温度依存ワイゼンベルグ数がミクロな情報をマクロな視点から推量る上で非常に有効な無次元量であることが分かった.
(ii) 会合性ひも状ミセル溶液のレオロジー予測を行うためには，ミクロレベルの会合ダイナミクスを理解する必要があり，そのためにDPD法により，会合の素過程を調べた。また，その結果を絡み合い高分子モデルを拡張したモデルに組み込みレオロジー予測を行い，実験で観測されている振る舞いを再現することに成功した.
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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
研究自体の進展は, 当初の計画通り，おおむね順調である。
ただ，研究成果の発表はオンラインで行うことができるものの，コロナウィルスによる影響で，国内外の研究者と直接会って，議論する機会が大幅に減ったことが，直接的ではないが，研究の今後の展開に影響してくると思われる.
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の2つの大きな柱のうち，(i)は昨年度に引き続き，当初計画よりも研究が進展している. 分子量分布がある系への拡張に関しても基礎的な部分は順調に進んでおり，このままMSS法による解析に展開する. また，自由表面がある高分子成形プロセスが扱えるような拡張も視野に入れて研究を進める. さらに，機械学習による方法を本研究への導入については，今年度，絡み合いのない高分子系のモデルでうまくいくことが確認できたので，更に絡み合い高分子系への応用を推し進める. この方法がうまくいけば，MSS法と機械学習を組み合わせたハイブリッド法を推し進め，最終的に大規模な高分子流体系の流動予測の問題に取り組む. (ii)も順調であり，会合性高分子系として，引き続き，ひも状ミセル系でのレオロジーの問題を中心に取り組んでいく. 会合性高分子流体のダイナミクスを扱うために，スリップリンクモデルを拡張した会合性高分子のメソスケールモデル(拡張スリップリンクモデル)の開発も引き続き行う. 会合ダイナミクスの素過程を詳細に知るためにDPD法を用いた更にミクロなスケールのシミュレーションを行っている．このシミュレーションの結果を拡張スリップリンクモデルに組み込み，非線形領域のレオロジー予測の問題に取り組む. この拡張スリップリンクモデルをミクロモデルとして取り入れたMSS法により，マクロレベルの流動の問題にアタックする.
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