機能性高分子材料設計のためのミクロ～メソ・マルチスケール量子シミュレータの開発

点击翻译按钮获取中文摘要

初年度の成果として、たとえばポリエチレンに対して芳香族をもつ置換基が付加している一次元的な高分子の場合は、励起エネルギーおよび振動子強度共に、全体をまるごと扱う従来法を用いた結果をよく再現することを小さなモデル系に対して確認し、さらにより大きな高分子に対しての適用性について検証する。その際、末端原子を除去して新しい結合形成をさせるが、技術的な問題として、取り除いた原子軌道数に対応する不要な領域局在化分子軌道の一部を除去する必要が出てくる。その場合のより効率的なアルゴリズムを構築し、複雑高分子一般に利用できるように整える。結果の妥当性や効率性を確認後、実際に光解離反応メカニズムを検証した高分子系の光吸収について、定量的なスペクトルを算出できるかどうかのテスト計算を行い、検証を重ねながら一般化に向けた展開を行う。高精度量子化学計算を導入したメソスケールへの拡張として、研究代表者ら独自のオーダーN法-Elongation法-と散逸粒子動力学（DPD）法および分子動力学（MD）法を結合し、様々な系に適用することにより、その精度と効率性等に一般性があるかどうか技術的に検証し、それらの確認を行いながら並行して、現実のソフトマターに対して、よりマルチスケールに向けた展開を行う。その際、水和エネルギーを必要とするが、ミクロな物理量であるため、Elongation法に溶媒効果の手法を導入したElongation-PCM法を導入し、得られる水和エネルギーをDPD法に利用する方法が考えられる。ターゲットとして二酸化炭素の吸着のための分離膜設計への応用性について検証し、実験で得られている結果を再現できるかどうかについて検証を行う。一方、ミクロな反応解析として、小分子と高分子の吸着反応解析も並行して行い、最低活性化エネルギーが与えられた遷移状態経路を用いてマルチスケール計算への適用性も検討する。