2021 Fiscal Year Research-status Report
Entropy-Driven Self-Assembly of Soft Materials
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20K05623
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
浅井 誠 慶應義塾大学, グローバルリサーチインスティテュート(三田), 特任教授 (80609941)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | コロイド / ナノ粒子 / 高分子 / 自己組織化 / 分子動力学 / 結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フォトニック結晶の分野では、自発的に形成される様々な結晶構造を実現するためのフレームを開発することが中心的な課題の1つとなっている。特に簡単な方法として、コロイド結晶を用いる方法があるが、コロイド結晶のバリエーションは限られており、その構造は壊れやすい。そこで、本研究では強靭な結晶構造を形成する可能性を持つPGNPに着目する。具体的には、本研究では高分子グラフトナノ粒子（PGNP）の多形構造を予測し、フォトニック結晶としての可能性を開くための強力な理論的枠組みを提供することである。このテーマは、これまでにも多くの実験的・理論的研究が行われてきた。本年度は、PGNPの結晶多形について、主に粗視化分子動力学シミュレーションを用いて検証した。その結果、以下のような結果を得ることができた。（1）グラフトポリマーの鎖長やグラフト密度によって分子間相互作用が複雑に変化し、調整できることを明らかにした。特に、低体積分率では、PGNPは様々な超構造に自己組織化することが可能であった。（2）PGNPが高体積分率でバルク状態に相当する様々な結晶構造を示すことを明らかにし、フォトニック結晶として理想的な構造の一つであるダイヤモンド構造への到達の方向性を示した。（3）今回の結果は、粗視化分子動力学シミュレーションでPGNPsの結晶相転移を直接観察した初めての事例となった。今後のPGNPsの結晶多形研究にとって重要な方法論になると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍の影響で、研究施設の閉鎖期間やサーバー不調時のメンテナンスにいけないなどの遅延原因はあったものの、昨年度に引き続いて新奇な結晶相を発見することができ、2本の論文を投稿中である。進捗としては当初の予定と照らし合わせても、順調に進んでいる状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では、ナノ粒子にグラフトする高分子の分子量（N）について、10<=N<=100の領域に注目してきた。しかし、本研究での検証の結果、N=200程度の領域でダイヤモンド結晶が発見できる可能性が示唆されてきたため、さらに高分子量領域にシフトさせて結晶多形を探索する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で国際学会の出張経費がキャンセルになったことや、計算サーバーの購入などの手続きを中止し、既存の計算リソースや共同利用計算機を最大限利用する事で対処したために未使用額が生じた。次年度の使用計画としては、2022年度の国際会議や新規の計算リソース確保の費用に当てる計画を予定している。
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