分子シミュレーションの基礎と高分子材料開発の効率化への展開

セミナー趣旨

　高分子材料開発を効率的に行う上で、今や分子シミュレーションは極めて重要な役割を担っている。高分子のもつ特徴の一つとして、凝集構造の階層性を挙げることができる。高分子材料開発においては、このような階層構造の形成機構を明らかにする必要がある。
　本セミナーでは、階層的な構造をもつ高分子の構造形成に焦点を当て、その基礎概論を述べたあと、高分子のモデリング手法や分子シミュレーション手法の基礎を解説する。また、OCTAやLAMMPS、Gromacsなど、高分子シミュレーションにおいてよく用いられるソフトウェアについても、最近の研究事例を交えながら、その概要を紹介する。

セミナープログラム

１．高分子構造形成の基礎概論
　1.1 高分子の結晶化
　　・高分子の配向構造
　　・ポリエチレンの結晶化
　　・ポリエチレンの単結晶
　1.2 ブロック共重合体のミクロ相分離
　　・マクロ相分離
　　・ミクロ相分離

２．高分子のモデリング
　2.1 階層構造　～結晶性高分子を例にとって～
　　・高分子球晶の階層構造
　　・高分子シミュレーションの階層構造
　2.2 全原子モデル
　　・典型的な相互作用ポテンシャル関数
　　・反応力場（ＲｅａｘＦＦ）
　2.3 粗視化モデル　～２つのアプローチ～
　　・単純化した分子モデル
　　・現実的な分子モデル
　　・粗視化モデルの例

３．高分子のシミュレーション手法
　3.1 モンテカルロ（ＭＣ）法
　　・高分子鎖のランダム・ウォークモデル
　　・動力学への拡張
　3.2 分子動力学（ＭＤ）法
　　・ＭＤ法とは
　　・差分近似法
　　・シミュレーションで求める量
　　・（例）単原子分子系
　3.3 ランジュバン動力学（ＬＤ）法
　　・ランジュバン方程式
　　・ランジュバン方程式の解
　3.4 散逸粒子動力学（ＤＰＤ）法
　　・ＤＰＤ法とは
　　・粒子間力
　　・揺動散逸定理
　　・速度Ｖｅｒｌｅｔアルゴリズムの修正版

４．ソフトウェアの特徴
　4.1 ＯＣＴＡ（ＣＯＧＮＡＣなど）
　　・ＣＯＧＮＡＣの概要
　　・ＣＯＧＮＡＣの基本機能
　　・単位系
　　・インストール関連
　　・ＣＯＧＮＡＣの利用手順
　4.2 ＬＡＭＭＰＳ
　　・ＬＡＭＭＰＳの概要
　　・ＬＡＭＭＰＳの基本機能
　　・単位系
　　・インストール関連
　　・ＬＡＭＭＰＳの利用手順
　4.3 ＮＡＭＤ
　　・ＮＡＭＤの概要
　　・ＮＡＭＤの基本機能
　　・単位系
　　・インストール関連
　　・ＮＡＭＤの利用手順
　4.4 ＡＭＢＥＲ
　　・ＡＭＢＥＲの概要
　　・単位系
　　・インストール関連
　　・ＡＭＢＥＲの利用手順
　4.5 Ｇｒｏｍａｃｓ
　　・Ｇｒｏｍａｃｓの概要
　　・単位系
　　・インストール関連
　　・Ｇｒｏｍａｃｓの利用手順

５．研究事例
　5.1 高分子の構造形成
　　5.1.1 単一高分子鎖の構造形成
　　5.1.2 細孔中のシクロヘキサンで観測される相転移
　　5.1.3 双性イオン性ポリマーブラシ-水界面における水のダイナミクス
　5.2 両親媒性分子の自己会合
　　5.2.1 両親媒性分子のミセル形成
　　5.2.2 双頭型両親媒性分子の高次構造形成

　　□質疑応答□

セミナー講師

京都工芸繊維大学　材料化学系　教授　博士(理学)　藤原 進　氏

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