2/20 分子動力学シミュレーションの基礎と 高分子材料開発への応用

福井大学　学術研究院　工学系部門　物理工学講座　教授　博士(工学)　玉井 良則　氏

専門：計算科学，高分子物理化学
1988年 京都大学工学部高分子化学科卒業。1990年 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻修士課程修了。その後4年間，東ソー株式会社勤務ののち，京都大学院博士課程進学。1996年に博士課程修了。4年間の博士研究員を経て，2000年より福井大学勤務。

　理論，実験に次ぐ第３の手法である「計算科学」は，コンピュータの高性能化に伴い，産業界においても実用的に活用されつつある。計算科学には種々の手法があるが，分子動力学（MD）法は，原子レベルのミクロなシミュレーションにより，マクロな熱力学量や各種物理量を直接算出できる特徴があり，分子レベルの材料設計に適した手法である。また，近年発展が著しいデータサイエンス・AIとは相補的な関係にあり，両者を組み合わせることにより活用の道が広がる。
　本セミナーでは，MD法の基本原理，具体的な技法，物理量の算出法について解説する。さらに，高分子材料開発，特に機能性分離膜の設計や高分子と水との相互作用に関する応用事例を紹介する。ソフトウエアやMD法活用のポイントについても触れる。

１．計算科学の方法
　1.1 計算科学とは
　1.2 計算科学の各種手法，マルチスケール
 
２．分子動力学（ＭＤ）法の基礎
　2.1 ポテンシャル関数・力場
　2.2 周期境界条件
　2.3 運動方程式の解法
　2.4 長距離力の計算（エワルド法）
　2.5 アンサンブルの発生（温度，圧力制御）
　2.6 拘束条件付きＭＤ法
　2.7 粗視化ＭＤ法
 
３．解析方法と得られる物理量
　3.1 熱力学量の計算
　3.2 静的諸量（分子構造，動径分布関数，構造因子，水素結合数）
　3.3 ダイナミックス（輸送係数，時間相関関数，スペクトル）
　3.4 自由エネルギー
 
４．高分子材料開発への応用
　4.1 ＭＤシミュレーションの実際
　4.2 アモルファス構造の生成とガラス転移温度
　4.3 結晶構造の生成と構造転移
　4.4 機能性分離膜の設計
　4.5 高分子と水との相互作用
 
５．ソフトウエアとＭＤ法活用のポイント
　5.1 ソフトウエア（GROMACS, LAMMPS, プリポスト）
　5.2 ＭＤ法活用のポイント

　□ 質疑応答 □

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