| 研究概要 |
最近のナノテクノロジーの進歩に伴い,材料のサブミクロンスケールの構造を制御することの意味が大きくなってきている.棒状や円盤状の微粒子が液晶に類似したさまざまな構造をとることが明らかになってきていることは,微粒子の形状を任意に調整する技術が確立されれば,異方的な微粒子が形成する構造を材料の構造制御に積極的に利用できる可能性があることを示唆している.
本研究では,こうした背景のもと,棒状や円盤状など,形状に異方性のある剛体微粒子が形成する構造を計算機シミュレーションで明らかにすることを目的の中心とした.また,異方的な剛体微粒子の計算機シミュレーション,それから得られる結果に関連した経験式・理論式の検討,および,シミュレーション結果の検証と,棒状の微粒子や分子が形成する構造を複合材料の物性制御に用いるための,実験的研究をも含む形で研究実施計画を立てた.成果の主なものを次にまとめておく.
平行に並んだ剛体棒状分子に球状の分子を添加した2成分系について,モンテカルロシミュレーションを用いて組成比と密度と圧力の関係を調べた.また,この系における分子の衝突を追跡するモレキュラーダイナミクスシミュレーションによって,スメクチックの層構造と,棒状分子および球状分子の拡散係数の関わりについて調べた.シミュレーションのデータとスケールドパーティクル理論の比較から,この系の状態方程式の近似式を提案することができた.
円盤状分子のモデルとして新たに,剛体冠球円盤を提案した,1成分系,および,直径の異なる2種類の剛体冠球円盤から成る2成分系についてモンテカルロシミュレーションを行った.1成分系において,円盤状分子が局所的な柱状の構造を好むことを確認した.また,2成分系においては,大きな円盤状分子の柱状の構造がクラスターを形成し,そうしたクラスターが分散している構造を確認した.
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