3/19 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

　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科学・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、高分子材料開発における実用物性の予測や機能性分離膜の設計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
 
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 粗視化シミュレーション
 
３．解析方法と得られる物理量
　3.1 静的諸量（熱力学量，動径分布関数，構造因子，水素結合数）
　3.2 ダイナミックス（拡散係数，時間相関関数，スペクトル）
　3.3 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
　4.3 結晶構造の生成
　4.4 ガラス転移温度の予測
　4.5 機能性分離膜の設計
　4.6 高分子結晶膜によるCO2分離
 
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, プリポスト処理）
　5.2 ＭＤ法活用のポイント

　□ 質疑応答 □

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