高分子/界面活性剤系のハイブリッド密度汎関数理論の構築

• 研究課題/領域番号: 26287096
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2016年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2014年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: ソフトマター / 膜 / 高分子 / ハイブリッドモデル / 自己無撞着場理論 / 液晶 / 生体膜 / 結晶化 / 膜透過 / ファイバー / 粗視化分子モデル / ハイブリッド理論 / 界面活性剤膜 / 粘弾性 / 配向秩序 / 高分子構造・物性 / 計算物理 / モデル化 / 統計力学 / ナノ材料 / 自己無撞着場 / フェーズフィールド法 / 粗視化分子シミュレーション

研究成果の概要

本研究計画の目的は、粒子描像と連続場等の異なる手法を組み合わせた「ハイブリッド密度汎関数理論」を定式化し、その正当性の証明を行う。具体的な研究として、１）高分子溶液を内包した膜の構造形成、2枚の膜同士が接するときに生じるstalk構造の形成の自由エネルギー、界面活性剤分子の構成するミセルの構造、マクロな流体効果をモデルにとりいれる方法、２）液晶のような異方的な流体を内包する閉じた膜構造の形状変化、3）分子構造に依存する高分子の秩序化過程の例として、高分子メルトの結晶化過程、生体由来のファイバーを構成するたんぱく質のアミノ酸配列から求めた粗視化モデルによるファイバーの弾性特性の計算などを行った。

研究成果

• [雑誌論文] Coarse-Grained Molecular Simulation Model for Gecko Feet Keratin (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenkoh S. Endoh, Toshihiro Kawakatsu, and Florian Mueller-Plathe
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 122 号: 8 ページ: 2203-2212
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b10481
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Translocation of a vesicle through a narrow hole across a membrane (2018)
  • 著者名/発表者名: Petch Khunpetch, Xingkun Man, Toshihiro Kawakatsu, and Masao Doi
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 148 号: 13
  • DOI: 10.1063/1.5013677
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Orientation-shape coupling between liquid crystal and membrane through the anchoring effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun Okushima and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 96 号: 5
  • DOI: 10.1103/physreve.96.052704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling induction period of polymer crystallization (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yokota and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: Polymer 巻: 129 ページ: 189-200
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2017.09.022
  • NAID: 130006245910
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembly of Carbon Nanotubes in Polymer Melts: Simulation of Structural and Electrical Behaviour by Hybrid Particle-Field Molecular Dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Ying Zhao, Maksym Byshkin, Yue Cong, Toshihiro Kawakatsu, Liberata Guadagno, Antonio De Nicola, Naisen Yu, Giuseppe Milano, and Bin Donga
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 13 号: 34 ページ: 15538-15552
  • DOI: 10.1039/c6nr03304k
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Combining Cell-Based Hydrodynamics with Hybrid Particle-Field Simulations: Efficient and Realistic Simulation of Structuring Dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: G. J. A. Sevink, Friederike Schmid, Toshihiro Kawakatsu and Giuseppe Milano
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 13 号: 8 ページ: 1594-1623
  • DOI: 10.1039/c6sm02252a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Self Assembly of Triton X-100 in water solutions: A Multiscale Simulation Study Linking Mesoscale to Atomistic Models (2015)
  • 著者名/発表者名: Antonio De Nicola, Toshihiro Kawakatsu, Camillo Rosano, Massimo Celino, Mattia Rocco, and Giuseppe Milano
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Computation 巻: 11 号: 10 ページ: 4959-4971
  • DOI: 10.1021/acs.jctc.5b00485
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Soft confinement for polymer solutions (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Oya and Toshihiro Kawakatsu
  • 雑誌名: EPL 巻: 107 号: 2 ページ: 28003-28003
  • DOI: 10.1209/0295-5075/107/28003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Generation of Well Relaxed All Atom Models of Large Molecular Weight Polymer Melts: A Hybrid Particle-Continuum Approach Based on Particle-Field Molecular Dynamics Simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Antonio De Nicola, Toshihiro Kawakatsu, and Giuseppe Milano
  • 雑誌名: J. Chem. Theory Comput. 巻: 10 号: 12 ページ: 5651-5667
  • DOI: 10.1021/ct500492h
  • 査読あり
• [学会発表] アンカリングを介した液晶と膜との相互作用II (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥島駿, 川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス(大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-20
• [学会発表] 高分子結晶化の初期過程における密度と配向の関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横田宏, 川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス(大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] Bridging microscopic and mesoscopic properties in multiscale modeling of polymer melts and composite systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: CDMSI International Workshop on “Scale bridging for the atomistic design of high performance materials
  • 発表場所: Station Conference Tokyo(東京都千代田区）
  • 年月日: 2017-02-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高分子濃厚系の相分離構造の動力学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 高分子学会東北支部講演会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパス多元物質科学研究所(宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-02-07
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子結晶化初期過程における密度プロファイルと動力学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横田宏、川勝年洋
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
• [学会発表] 高分子/界面活性剤系の相分離にともなう構造形成過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 末端修飾ブロック高分子溶液の平行平面間における秩序無秩序転移 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤春樹, 川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Mesoscopic simulations on phase separation of polymer/membrane systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: The 9th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science (ACCMS9)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 平均場理論解説 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 第22回高分子計算機科学研究会講座
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of dense polymer blends and blockcopolymer systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: CECAM Workshop on “Multiscale Simulation Methods for Soft Matter Systems”
  • 発表場所: Technische Universitaet Darmstadt（Darmstadt, Germany)
  • 年月日: 2016-10-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phase separation dynamics of polymer blends and blockcopolymer systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: The A3 mini-Workshop on Soft matter
  • 発表場所: 北京航空航天大学, Beijin, China
  • 年月日: 2016-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 膜近傍における液晶配向と膜法線の相関 (2016)
  • 著者名/発表者名: 奥島駿, 川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学,仙台市
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] モデル多成分生体膜の理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上町 正志、川勝 年洋
  • 学会等名: 第5回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス,仙台市
  • 年月日: 2015-12-17
• [学会発表] 液晶が膜に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥島 駿、川勝 年洋
  • 学会等名: 第5回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 東北大学青葉山キャンパス,仙台市
  • 年月日: 2015-12-17
• [学会発表] 液晶秩序化に伴う界面張力の変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥島駿，川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学・千里山キャンパス,大阪府吹田市
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Dynamic Self-Consistent Field Theory for Entangled Polymer Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: Lorentz Center Workshop on “The Future of Multi-Scale Soft Matter Modeling”
  • 発表場所: Lorentz Center, Leiden University, Leiden, The Netherlands
  • 年月日: 2015-08-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Coarse-grained structures and dynamics of amphiphilic systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: KITPC/ITP-CAS Workshop on “Controlled Structural Formation of Soft Matter”
  • 発表場所: Kavli Institute of Theoretical Physics China, Beijing, China
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 粒子－連続場ハイブリッド法を用いた高分子/膜系の組織構造と動力学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川勝年洋
  • 学会等名: 第18回理論化学討論会
  • 発表場所: 大阪大学,大阪府豊中市
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 液晶アンカリングと単層膜物性の相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥島駿、川勝年洋
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋期大会
  • 発表場所: 中部大学・春日井キャンパス(春日井)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Hybrid field theories for complex domains in olymer/membrane systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: Computational condensed matter: advances and challenges (CompMat2014)(PreSymposium)
  • 発表場所: Whitehaven, The Lake District, UK,
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Field theories for shape deformations of vesicles (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kawakatsu
  • 学会等名: Computational condensed matter: advances and challenges (CompMat2014)(Main Symposium)
  • 発表場所: Whitehaven, The Lake District, UK
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
  • 招待講演