材料の変形・破壊の階層性と階層横断モデルの構築

空間的に階層構造をなしている高分子材料の変形応答・破壊挙動を表現する場合,高分子材料を構成するモノマーの個々の挙動とメゾ・マクロスコピックな挙動を関係付けることは非常に困難である.このような状況を回避するために,同じ分子構造を有するモノマーの多数の集合体を等価なモデルで置換し,モノマーとメゾ・マクロスコピックな材料の変形・破壊応答を関連つける階層横断モデルを構築することを試み,以下の結果を得た。(1)非結晶性ならびに結晶性高分子材料を構成する高分子鎖の要素であるモノマーの原子間力顕微鏡による詳細な観察により、その表面構造解析を行った。さらに、分子動力学を用いた緩和状態の解析ならびに変形の解析によりモノマーの応答ならびに極限強度を検討した。その間、必要な原子間ポテンシャルの評価も行った。(2)モノマーを複数個結合し,その応答と相互作用を詳細に検討しモノマーの集合としての等価なスーパーマイクロメカニカルモデルを構築した。ついで、多くのスーパーマイクロメカニカルモデルを結合して,非アッフィン高分子鎖モデルを作成し,マクロな高分子の力学的応答を構成式の形式で表現した。(3)マクロな変形を加えるこよにより、局所的な分子鎖の変形ならびに配向を制御し、高分子材料のミクロな機能ならびに形態設計を考える上での基礎を構築できた。高分子材料の変形のマイクロスケールとマイクロスケール挙動が関係付けられので,マイクロスケールの材料の安全性・信頼性の向上とその機能・形態設計に対しても大きく寄与するものと考える.

空間的に階層構造をなしている高分子材料の変形応答・破壊挙動を表現する場合,高分子材料を構成するモノマーの個々の挙動とメゾ・マクロスコピックな挙動を関係付けることは非常に困難である.このような状況を回避するために,同じ分子構造を有するモノマーの多数の集合体を等価なモデルで置換し,モノマーとメゾ・マクロスコピックな材料の変形・破壊応答を関連つける階層横断モデルを構築することを試み,以下の結果を得た。(1)非結晶性ならびに結晶性高分子材料を構成する高分子鎖の要素であるモノマーの原子間力顕微鏡による詳細な観察により、その表面構造解析を行った。さらに、分子動力学を用いた緩和状態の解析ならびに変形の解析によりモノマーの応答ならびに極限強度を検討した。その間、必要な原子間ポテンシャルの評価も行った。(2)モノマーを複数個結合し,その応答と相互作用を詳細に検討しモノマーの集合としての等価なスーパーマイクロメカニカルモデルを構築した。ついで、多くのスーパーマイクロメカニカルモデルを結合して,非アッフィン高分子鎖モデルを作成し,マクロな高分子の力学的応答を構成式の形式で表現した。(3)マクロな変形を加えるこよにより、局所的な分子鎖の変形ならびに配向を制御し、高分子材料のミクロな機能ならびに形態設計を考える上での基礎を構築できた。高分子材料の変形のマイクロスケールとマイクロスケール挙動が関係付けられので,マイクロスケールの材料の安全性・信頼性の向上とその機能・形態設計に対しても大きく寄与するものと考える.