ガラス転移ダイナミックスの全時空間スケールの計算

所有时空尺度上的玻璃化转变动力学计算

• 批准号: 16740225
• 负责人: 松井 淳
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16740225/
• 关键词: ガラス転移; 動的構造因子; 分子動力学シミュレーション; 高分子ガラス

ガラス転移は、液体-固体転移であるだけでなく、平衡-非平衡転移でもある。したがって、転移のメカニズムを理解するには、付随するダイナミックスを幅広い時間と空間スケールで解析することが求められている。本研究は、分子動力学シミュレーションを用いて、転移点近傍のいくつかの温度において、密度緩和の時空構造の全体像を計算し、原子・分子の運動レベルでガラス転移を理解することが目標である。動的構造因子のなかでも、原子・分子の協調運動に関係する干渉部分を計算することに焦点を絞る。ダイナミックスを調べるためのもっとも基礎的な量は動的構造因子である。動的構造因子の計算で問題となるのは、干渉部分については、統計性の貧弱さのために、精度が悪くなることである。そこで、波数ベクトルに対する球面平均を効率良くとる方法を開発し、動的構造因子の干渉部分を高い統計精度で計算できるようにした。構造緩和の主要因である協調運動がもっとも顕著にあらわれる中振動数領域では、非干渉部分にみられた分散曲線の明瞭な分断がみられず、スペクトルのピーク幅が拡がって、重なったスペクトルになっていた。ダンピングされて、はっきりとした分散曲線が得られないことを説明できるような理論的理解が求められる。動的構造因子の計算法を高分子ガラスの誘電緩和に適応した計算も行った。十GHz付近の高周波帯で、局所的な鎖角や鎖長のゆらぎが原因となって、顕著な誘電損失がみられることを示した。

玻璃跃迁不仅是液体固体的转变，而且是平衡 - 非平衡过渡。因此，理解转移的机制需要分析在广泛的时间和空间尺度上随附的动力学。这项研究的目的是使用分子动力学模拟来计算在过渡点附近的几个温度下密度弛豫的整体情况，并了解原子和分子运动水平下的玻璃转变。在动态结构因素中，重点是计算与原子和分子协调有关的干扰部分。检查动态的最基本数量是动态结构因素。动态结构因子计算的问题在于，由于统计性差，干扰部分的准确性很差。因此，我们开发了一种方法来有效地获得波数向量的球形平均值，从而使动态结构因子的干扰部分以高统计精度计算。在中频区域中，协调是结构弛豫的主要因素，最突出的是，在非干预部分中看到的分散曲线没有明确的分裂，光谱的峰值宽度扩大，从而导致重叠的频谱。需要理论理解，以解释阻尼和无法获得清晰的分散曲线。我们还进行了适应聚合物玻璃介电松弛的计算。已经显示，由于局部链角和链长的波动，在10 GHz附近的高频带中观察到明显的介电损耗。