複雑液体における構造形成の大規模シミュレーション

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高分子の構造形成機構を分子レベルで解明するため、我々は短い鎖状分子および長い高分子鎖の分子動力学シミュレーションを行い、配向秩序構造の形成過程を解析した。高分子鎖のモデルとして、最も単純な内部構造を持つポリメチレン鎖を用い、メチレン基(CH_2)は、一つの質点として扱った。分子力場として、DREIDINGポテンシャルを使った。シミュレーション手法として、速度Verletアルゴリズムを用い、系の温度を一定に保つため、Nose-Hoover法を使った。先ず高温においてランダムな配位を作り、次にそれを様々な温度に冷却した。1本当り20個のメチレン基からなる100本の短い鎖状分子について、シミュレーションで得られたデータを可視化し、さらに、配向秩序パラメタの時間変化、および配向秩序構造内における分子の運動性を調べることにより、以下の結果を得た。1)高温(700K)でランダム状態にある高分子鎖を冷却することにより、配向秩序構造が形成される。2)配向秩序は、段階的に成長する。3)400Kにおいて、高分子鎖は六方相を形成しているが、温度の低下と共に、六方相から斜方相へ転移する。4)六方相の場合、鎖状分子は鎖軸方向に移動しやすい。短い鎖状分子の場合、配向秩序構造内の分子は、伸びた状態にあるので、解析は比較的容易であった。それに対して、長い高分子鎖の場合、配向秩序構造内の分子は、折り畳まれているため、秩序形成の解析は困難である。我々は、連続したトランス・ボンドで定義された「トランス・セグメント」に着目し、500個のメチレン基からなる1本の長い高分子鎖における配向秩序の形成過程を解析した。その結果、配向秩序が成長する際、トランス・セグメントが鎖に沿って移動することが明らかになった。今後は、多数本の長い高分子鎖のシミュレーション結果について、「トランス・セグメント」に基づいた解析を行う予定である。