2022 Fiscal Year Annual Research Report
機能性高分子材料設計のためのミクロ～メソ・マルチスケール量子シミュレータの開発
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20H00588
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
青木 百合子 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (10211690)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子化学 / 理論化学 / 電子状態 / マルチスケール / 粗視化シミュレーション / 相分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Elongation法により高分子の一部に対して励起状態計算法を導入し、系の注目部分の光劣化メカニズム解明が高精度で可能となった。本手法によって得られる領域局在化分子軌道をベースとして、TDHF法およびTDDFT法を導入する手法を構築し、高分子の励起状態の局所最適化を実行した。さらに、量子化学における電子状態をマクロスケール下で最適化しながら、Elongation法のオーダーN特徴を生かして膨大なサンプルを高効率に処理する機械学習を取り入れ、高分子の基底状態および励起状態の双方に対して、UV照射のもとでの構造変化を効率的に計算できる理論手法とプログラム開発を行った。
一方、マルチスケール計算法の構築に向けて、CO2分離膜としてのアミン系高分子を取り上げた。CO2分離膜反応機構の解析後に、得られた反応を活用するためのマクロ的手法として、ELG法と散逸粒子動力学(DPD)を組み合わせた独自のELG-DPD法を開発した。ミクロ的解析とマクロ的解析をつなぐパラメーターとしては、DPDにおいて最も支配的な要素である反発パラメータ(a parameter)を電子状態の高速計算法であるELG法により算出し、それを粗視化MDに適用する手法の実効性、および得られた結果の信頼性について検討した結果、従来法では再現できなかった実験結果の再現を確認した。
さらに、当初の目的であったゴム材料系への展開として、コンタクトレンズの材料として実用化されているシリコーンゴムとハイドロゲルの相分離と、酸素透過性との関連解明に応用した。粗視化MD実行後に全原子MDを行い、マクロ情報からミクロ情報に細分化していく方法をとった。最終的に分子レベルで解明する必要のある領域を抽出し、局所的電子状態を詳細に解析し、コンタクトレンズ内の酸素透過メカニズムについてナノスケールおよびミクロ電子状態の立場から複数の知見を得た。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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