| 研究課題/領域番号 |
20K05631
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
藤本 和士 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70639301)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 分子動力学計算 / ソルベントクラック / PMMA / メタノール / 水 |
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| 研究実績の概要 |
応力印加下の高分子に溶媒を塗布することで亀裂が走るソルベントクラック現象の分子論を、全原子分子動力学(AA-MD)計算を用いて、明らかにすることが本研究課題の目的である。令和二年度は、溶媒と高分子の親和性を自由エネルギーを用いて評価する。高分子としては代表的なガラス状高分子であるPMMAを、溶媒としてはメタノールおよび水を計算対象とした。メタノール（または水）分子が、メタノール（または水）中からPMMAへ移行するときの自由エネルギーをAA-MD計算を用いて行った。メタノールの移行の自由エネルギーは熱エネルギー以下であった。一方、水分子の移行の自由エネルギーは熱エネルギーより5倍以上大きく溶けないことがわかった。つまり、メタノールとPMMAは親和性が高く、水とは低いということがわかった。
これまで我々が開発してきた現実系を再現するバルク高分子系作成方法を発展させ、高分子界面の系の作成に成功した。界面を持つPMMAにメタノールまたは水を接触させ、１マイクロ秒のAA-MD計算を実施したところ、メタノールはPMMA界面を侵襲していた。つまり界面付近のPMMAがメタノール溶媒に溶け広がっていたのである。先の移行の自由エネルギーが示唆する通りPMMAはメタノールと親和性が良いので、界面が溶けたのである。しかしながら、メタノールの移行の自由エネルギー差は無いにも関わらず、１マイクロ秒でもメタノールはPMMA内部に侵入することはなかった。一方水を接触させた際のPMMA界面は、気相と接触させた時と変わらなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
応力印加下の高分子に溶媒を塗布することで亀裂が走るソルベントクラック現象の分子論を、全原子分子動力学(AA-MD)計算での解明を目指す。これまでのソルベントクラックの議論は、この現象が発生するかしないかに終始しており、どのようにソルベントクラックが進行するかなどの議論はなされていない。その中、我々は、高分子と溶媒の親和性の評価、高分子と溶媒の接触界面の評価、溶媒接触下における高分子の破壊を研究していく。
本年度は、当初予定であった高分子と溶媒の親和性を自由エネルギーを用いて評価した。さらには、次年度以降に予定していた「高分子と溶媒の接触界面の評価」についても先行的に予備データが得られた。
これらの成果は国内学会で発表している。
以上より、本研究課題は順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
高分子と溶媒を接触させた系の作成手法の開発に成功し、「高分子と溶媒の接触界面の評価」が可能となった。しかしながら、本年度は作成手法の開発がメインとなったため、構築された系は小さい。そのため、全体に対して界面の割合が大きいため、このままでは破壊シミュレーションは困難である。
今後より大きな系を作成し、「溶媒接触下における高分子の破壊」を研究していく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
令和二年度はコロナのため、参加を予定していた学会が相次いで中止となり、旅費・学会参加費が計画通り執行できなかった。そのため、研究費を有効に活用するために次年度に持ち越した。現在、順調に研究が進んでおり、大規模な計算データが得られている。これらのデータを効率的に解析・保存するために、記憶媒体や解析マシンの拡充を図る。
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