| 研究課題/領域番号 |
26400430
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
古石 貴裕 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20373300)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 親水・疎水スイッチング界面 / 分子動力学シミュレーション / 散逸粒子動力学シミュレーション / 国際情報交換 |
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| 研究実績の概要 |
複雑な構造を持つPNIPAM（N-イソプロピルアクリルアミド）のシミュレーションに先立ち、より単純な構造で実験データが多いPS(polystyrene)及びPMMA(poly-methyl-methacrylate)のブロック共重合体のDPDシミュレーションが、実験の相分離構造を再現するか否かを調べた。その結果、DPDシミュレーションにおいてもブロック共重合体におけるPSとPMMAの構成比が1:1に近いとき、ラメラ構造となる相分離現象が見られ、定性的には実験結果を再現できることが分かった。
次に、ラメラ構造を作るときの層の数や厚さを実験値と比較したところ、これまでDPDシミュレーションで標準的に使用されていた粗視化粒子間の結合力パラメータを使用した場合は、実験値を再現できないことが分かった。そこで結合力パラメータを調整したところ、ラメラ構造の層の数が変化したため、このパラメータを系統的に変化させ、実験結果を再現する値を求めることができた。
また、本研究のMDシミュレーションに使用するプログラム開発も行った。本研究では大規模系でのシミュレーションを行う予定であるため、シミュレーションプログラムを超並列型スーパーコンピュータに対応させ、並列動作ができるようにした。MDシミュレーションにおける近距離力計算では並列化効率が高い値となったが、長距離力計算では高速フーリエ変換(fast fouriertransform:FFT)を使用するため並列化効率が低い値となり、更なる高速化のためには長距離力計算の並列化効率を改善する必要があることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究で疎水・親水スイッチング界面に使用する高分子はPNIPAMであるが、この高分子の構造は複雑であるため、先ずDPDシミュレーションの実験値再現性を調べるため、より単純な構造であるPS及びPMMAのDPDシミュレーションを行った。この結果、これまで標準的に使用されていた粗視化粒子間結合力パラメータでは、実験結果を再現できないという問題点が存在することが分かった。
この問題点を解決するため、結合力パラメータを調整し、これにより実験結果の再現性を向上させることができた。しかしながら、実験結果が多くないPNIPAMでは実験値を元にシミュレーションで使用するパラメータを調整することが難しい。そのためDPDシミュレーションにおいても実験値を定量的に再現するパラメータを定める新たな手法が必要であることが分かった。
このため当初予定していたPNIPAMのシミュレーションを行うことができず、計画はやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究で、通常使用されているDPDの結合力パラメータでは実験結果を定量的に再現できないことが分かったので、現在はこれを改善する方法の構築を行っている。DPDにおける結合力パラメータを求めるためにMDシミュレーションを用いる。高分子を含む系において全原子を扱うMDシミュレーションを行う場合、粒子数が多いため現実的な時間でシミュレーションを終えることができない。そのため、高分子の周りに配置する水を省略することで、計算時間を短縮する。ただし、このままでは真空中における高分子の計算を行っていることになるので、原子間の相互作用を減少させ水分子による遮蔽効果を取り入れる。これにより水中での高分子の広がりをMDシミュレーションを用いて再現する。ここから得られる分子配置を用いて、DPDシミュレーションで粗視化したときの粗視化粒子が満たすべき粒子間距離分布を再現する結合力パラメータ求めることできれば、実験結果を定量的に再現するDPDシミュレーションを行うことができる。
このような全原子の情報から粗視化粒子の相互作用パラメータを求める方法は、実験結果が無い系において分子構造のみでパラメータを決定できるので、PNIPAM等の複雑な構造を持ち、実験例の少ない高分子においても有用である。また、この手法を粗視化だけではなく微視化にも適用することで、本研究で計画している、粗視化粒子から全原子の配置を求める手法を構築できると考えられる。このような全原子の配置情報からDPDシミュレーションのパラメータを求める手法を確立し、PNIPAMのDPDシミュレーションを行う予定である。
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