5/26 分子シミュレーションの基礎と高分子材料の研究・開発の効率化への展開

分子シミュレーションの基礎と高分子材料の研究・開発の効率化への展開

～高分子のモデリング手法、計算方法、分子構造形成のシミュレーション技術～

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

■略歴
1995年3月 慶應義塾大学 大学院理工学研究科 物理学専攻 後期博士課程 修了
1995年4月 核融合科学研究所 助手
1999年2月 文部省在外研究員 (ペンシルヴァニア大学化学科) (1999年3月まで)
2002年4月 京都工芸繊維大学 助教授
2007年4月 京都工芸繊維大学 准教授
2014年1月 京都工芸繊維大学 教授
■専門
ソフトマター物理、計算物理

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ます。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ます。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ります。
　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します。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、その概要を紹介します。

セミナー講演内容

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 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
　　5.1.3 結び目を有するポリエチレンの結晶化
　　5.1.4 損傷DNAの分子動力学シミュレーション
　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