溶液中における高分子構造形成の大規模シミュレーション

溶液中聚合物结构形成的大规模模拟

• 批准号: 13740245
• 负责人: 藤原 進
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology (2002)National Institute for Fusion Science (2001)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740245/
• 关键词: 高分子溶液; 分子動力学シミュレーション; 構造形成; 配向秩序; 局所配向秩序ドメイン; トランス・ドメイン

高分子の構造形成機構を分子レベルで解明するため、我々は溶液中における高分子鎖の分子動力学(MD)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、溶媒分子のモデルとして、6個のメチレン基(CH_2)が連結した短い鎖状分子を用いた。メチレン基は一つの質点として扱い、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た。また、系の温度を一定に保つため速度スケーリング法を、系の圧力を一定に保つためAndersenの方法を適用した。系の圧力は1気圧に設定した。ここでは、500個のメチレン基から成る1本の高分子鎖及び、6個のメチレン基から成る3747本の溶媒分子を扱った。最初に、高温(550K)でランダムな配位の高分子溶液を作り、次にそれを様々な温度(400,350,300K)に冷却し、配向秩序構造の形成過程の解析を行った。その結果、初期において高分子鎖は広がったランダム・コイル状態を取っているが、時間の経過と共に、局所配向秩序ドメインが形成され、その後、局所配向秩序ドメインが成長し、最終的に折り畳まれた配向秩序構造を形成することが分かった。また、大域的配向秩序の成長過程を解析することにより、大域的配向秩序の成長が段階的に進行することが明らかになった。さらに、様々な初期条件、温度条件においてMDシミュレーションを実行することにより、初期条件によっては中間状態としてトロイド構造が形成されることが分かった。また、溶液中の場合、形成される配向秩序構造のステム長は、真空中の場合より長くなることが明らかになった。

The molecular dynamics (MD) of polymer chains in solution and the formation process of alignment order structure are analyzed. The polymer chain is composed of six molecular chains (CH_2), and the most pure internal structure is used to form a chain. The molecular force field and the molecular force field are used to make the particles disappear. The method and speed of operation of the system are described in detail below. For example, the temperature of the system is constant, the speed of the system is constant, and the pressure of the system is constant. The pressure of the system is set at 1 ° C. 500 First, high temperature (550K), secondary temperature (400,350,300K), cooling, analysis of the formation process of alignment order structure. As a result, in the initial stage, the polymer chain is in the middle of the process, the time passes, and the local alignment order is formed. After that, the local alignment order is formed, and the final alignment order structure is formed. The analysis of the growth process of the alignment order of the large domain and the progress of the growth of the alignment order of the large domain The initial conditions, temperature conditions, and the intermediate conditions are the conditions for the formation of the structure. In the case of solution, formation of alignment order structure, vacuum, etc.

项目成果

S.Fujiwara: "Molecular dynamics simulation of a single polymer chain in vacuum and in solution"Computer Physics Communications. (発表予定).

S.Fujiwara：“真空和溶液中单聚合物链的分子动力学模拟”计算机物理通讯（待提交）。

H.Nakamura: "Rigidity of Orientationally Ordered Domains of Short Chain Molecules"Journal of the Physical Society of Japan. 70・4. 943-946 (2001)

H.Nakamura：“短链分子的定向有序域的刚性”日本物理学会杂志70・4（2001）。

H.Nakamura: "Rigidity of Orientationallv Ordered Domains of Short Chain Molecules"Journal of the Physical Society of Japan. 70・4. 943-946 (2001)

H.Nakamura：“短链分子的定向刚性”日本物理学会杂志70・4（2001）。

Y.Tamura: "Virtual reality system to visualize and auralize numerical simulation data"Computer Physics Communications. 142. 227-230 (2001)

Y.Tamura：“用于可视化和听觉化数值模拟数据的虚拟现实系统”计算机物理通信。

H.Nakamura: "Dynamics of orientationally ordered domains in a short chain-molecule system : Size dependence of domain oscillation"Computer Physics Communications. 147. 346-349 (2002)

H.Nakamura：“短链分子系统中定向有序域的动力学：域振荡的大小依赖性”计算机物理通信。