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絡み合った会合性高分子のダイナミクス予測のための新規分子モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 21K13893
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
研究機関京都大学

研究代表者

佐藤 健  京都大学, 化学研究所, 助教 (70883536)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード会合性高分子 / 紐状ミセル溶液 / 絡み合い状態 / レオロジー / ダイナミクス / 高分子 / 絡み合い / 分岐構造 / 粗視化モデル / 分子動力学法 / バネ・ビーズモデル / 非絡み合い高分子系 / 絡み合い高分子系 / 会合・解離 / 界面活性剤溶液 / シミュレーション
研究開始時の研究の概要

会合性高分子は,可逆的な会合・解離の影響で,通常の高分子にない自己修復性や外場応答性を示す.このような会合性高分子は新規材料として応用可能な面を持つ一方,その絡み合い運動と会合および解離の競合によって現れるダイナミクスを予測することはいまだに困難である.
本研究では,実験と連携することで,会合性高分子のダイナミクスを予測するモデルを構築する.そのモデルを用いた数値計算により,絡み合い会合性高分子のレオロジー挙動の背後にある分子運動の理解を開拓することを目的とする.更にこの研究を通して,分子間に会合・解離や分裂・結合等の機構を有する分子のレオロジーの理解の糸口を掴むことを目指す.

研究成果の概要

動的な結合を持つ絡み合った会合性高分子のレオロジー挙動は,絡み合い運動と会合・解離の競合によって現れる.このような高分子の長時間ダイナミクスに対する重要な運動機構を議論するために,粗視化モデルを用いた数値計算が有効である.
本研究では,絡み合い・会合性高分子系およびこの系と類似の機構を持つ紐状ミセル溶液系に対する粗視化モデルを構築することを目指した.主要な成果として,実験検証が比較的容易な後者の系に対して,実験のレオロジー挙動を再現する粗視化モデルを提示できた.さらに,非絡み合い/絡み合い高分子系に対するモデルを拡張することで,会合性高分子系のモデルを高精度化するための基盤を構築した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

通常の絡み合い高分子系に対しては,粗視化モデルの構築を含めて精力的な理論研究が行われてきた.一方で,絡み合いによる束縛に加えて,会合・解離(または結合・分裂),すなわち分子間の「反応」を持つ高分子類に対する知見は未だに乏しく,実用的なモデルはこれまでに提案されていなかった.本研究では,そのような機構を持つ高分子類のレオロジー挙動を予測する粗視化モデルの1例を提示できた.
構築した粗視化モデルをさらに発展させれば,レオロジー実験と同程度の精度の数値実験を行うことができる.このようなモデルから生成される質の高いデータは,データ駆動の手法を用いた物性予測の加速に資するという意義があると考えられる.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 5件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Department of Chemical Engineering/University of Michigan(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Changchun Institute of Applied Chemistry/Chinese Academy of Sciences(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] School of Chemical Engineering/Sungkyunkwan University(韓国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Department of Chemical Engineering/University of Michigan(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Testing the Ability of the Slip-Spring Model to Describe Constraint Release Effects Using Experimental Linear and Nonlinear Rheology2023

    • 著者名/発表者名
      Sato Takeshi、Gong Yanan、Larson Ronald G.
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 号: 20 ページ: 8116-8132

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.3c00820

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rouse Analysis of Nonlinear Rheology of Unentangled Polymer Melts under Fast Shear: Viscoelastic Response to Superposed Oscillatory Strain2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumiya Yumi、Sato Takeshi、Chen Quan、Watanabe Hiroshi
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: - 号: 8 ページ: 2930-2938

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.3c00005

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rheo-Dielectric Behavior of Unentangled Poly(butylene oxide) under Steady Shear: Preliminary Evaluation of Non-Equilibrium Parameters at the Onset of Nonlinearity2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumiya Yumi、Sato Takeshi、Chen Quan、Watanabe Hiroshi
    • 雑誌名

      日本レオロジー学会誌

      巻: 50 号: 5 ページ: 371-385

    • DOI

      10.1678/rheology.50.371

    • ISSN
      0387-1533, 2186-4586
    • 年月日
      2022-12-15
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Rheo-Dielectrics and Diffusion of Type-A Rouse Chain under Fast Shear Flow: Method of Evaluation of Non-Equilibrium Parameters for FENE, Friction-Reduction, and Brownian Force Intensity Variation2022

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Matsumiya, and H. Watanabe
    • 雑誌名

      日本レオロジー学会誌

      巻: 50 号: 2 ページ: 253-268

    • DOI

      10.1678/rheology.50.253

    • ISSN
      0387-1533, 2186-4586
    • 年月日
      2022-04-15
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modeling Techniques for the Rheology of Wormlike Micellar Solutions2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato
    • 雑誌名

      日本レオロジー学会誌

      巻: 50 号: 1 ページ: 9-13

    • DOI

      10.1678/rheology.50.9

    • ISSN
      0387-1533, 2186-4586
    • 年月日
      2022-02-15
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stretch-orientation-induced reduction of friction in well-entangled bidisperse blends: a dual slip-link simulation study2022

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Souta、Sato Takeshi、Taniguchi Takashi
    • 雑誌名

      Rheologica Acta

      巻: 62 号: 1 ページ: 57-70

    • DOI

      10.1007/s00397-022-01378-5

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental study of phase separation in dynamically asymmetric unentangled polymer blend2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Takeshi、Matsumiya Yumi、Watanabe Hiroshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 157 号: 22 ページ: 224908-224908

    • DOI

      10.1063/5.0124087

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear rheology of entangled wormlike micellar solutions predicted by a micelle-slip-spring model2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato and Ronald G. Larson
    • 雑誌名

      Journal of Rheology

      巻: 66 号: 3 ページ: 639-656

    • DOI

      10.1122/8.0000426

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Constitutive Equation for Rouse Model Modified for Variations of Spring Stiffness, Bead Friction, and Brownian Force Intensity Under Flow2021

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Kwon, Y. Matsumiya, and H. Watanabe
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 33 号: 6 ページ: 063106-063106

    • DOI

      10.1063/5.0055559

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] EXPERIMENTAL STUDY ON PHASE SEPARATION DYNAMICS OF UNENTANGLED POLYMER BLEND WITH DYNAMIC ASYMMETRY2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato, Yumi Matsumiya, and Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      8th Pacific Rim Conference on Rheology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase separation dynamics of unentangled polymer blend with dynamic asymmetry: An experimental test2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato, Yumi Matsumiya, and Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      XIXth International Congress on Rheology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase separation in dynamically asymmetric unentangled polymer blend: An experimental study2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato, Yumi Matsumiya, Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      APS March Meeting 2023 (Virtual)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粗視化モデルによる絡み合いひも状ミセル溶液の非線形レオロジー予測2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤健, Ronald G. Larson
    • 学会等名
      日本レオロジー学会第49年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] メソスケールモデルによるひも状ミセル溶液のレオロジー予測2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤健
    • 学会等名
      第19回希薄溶液の流動学講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A Mesoscopic Model for Nonlinear Rheology of Entangled Wormlike Micellar Solutions2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato and Ronald G. Larson
    • 学会等名
      93rd Annual Meeting Society of Rheology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rheo-dielectrics of type-A Rouse chain under fast shear flow: Method of evaluating non-equilibrium parameters for FENE, friction-reduction, and Brownian force intensity variation2022

    • 著者名/発表者名
      Yumi Matsumiya, Takeshi Sato, Quan Chen, and Hiroshi Watanabe
    • 学会等名
      93rd Annual Meeting Society of Rheology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 動的な非対称性を有する非絡み合い高分子ブレンドにおける相分離挙動2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤健, 松宮由実, 渡辺宏
    • 学会等名
      第10回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的な非対称性を有する非絡み合い高分子ブレンドの相分離挙動の研究2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤健, 松宮由実, 渡辺宏
    • 学会等名
      2022年度高分子基礎物性研究会・高分子計算機科学研究会・高分子ナノテクノロジー研究会合同討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的に非対称な非絡み合い高分子ブレンドにおける相分離過程の実験的検討2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤健, 松宮由実, 渡辺宏
    • 学会等名
      日本レオロジー学会第48年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 流動下における修正Rouseモデルの構成方程式2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤健, Youngdon Kwon, 松宮由実, 渡辺宏
    • 学会等名
      第69回レオロジー討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [図書] 化学工学系流体シミュレーションの最前線 -基礎・実践・将来展望-,第4章「階層連携シミュレーションによるソフトマターの流動解析」2024

    • 著者名/発表者名
      化学工学会 粒子・流体プロセス部会
    • 総ページ数
      228
    • 出版者
      化学工学会 関東支部(編)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 個人ページ

    • URL

      https://tsmss-rheology.com/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2021 実施状況報告書
  • [備考] 個人HP

    • URL

      https://tsmss-rheology.com/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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