摩擦調整剤分子膜の潤滑メカニズムの解明に向けたマルチスケールシミュレーション

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では，サブマイクロメートルスケールの潤滑現象を解析対象としている．潤滑領域に局所的にナノメートルスケールの構造（すきま，突起）が存在する場合，局所領域における個々の潤滑剤分子の挙動が領域全体のダイナミクスに影響を及ぼす．そのため，分子レベルの時間・空間解像度を有し，かつサブマイクロメートルスケールの領域を扱うことのできるシミュレーション手法が必要となる．そのような手法の一つに，粗視化モデルを用いた散逸粒子動力学シミュレーションがある．しかし，従来の散逸粒子動力学法では分子の動的性質を再現できず，潤滑現象に適用する際の問題となっていた．この問題に対して，従来の散逸粒子動力学法を拡張した手法をオープンソースシミュレータのパッケージとして実装し，潤滑現象に適用できるようにした．散逸粒子動力学法では，二つの粒子の間に作用するランダム力を計算する際に標準正規分布に従う乱数を生成する必要があり，この計算がボトルネックになる．とくに，拡張した手法では従来と比較して3倍の回数の乱数生成が行われるため，高速な乱数生成器の利用が重要になる．作成したパッケージでは，Ziggurat法とXorshift法を組み合わせた乱数生成器を用いることにより，もとの乱数生成器を用いた場合と比べて7割程度の計算速度向上を実現した．拡張した散逸粒子動力学法の有効性は液体バルク系で既に実証されているが，実際の潤滑現象に近い固液界面系への適用例は無かった．そこで，固体表面上に塗布されたナノメートル厚さの液体潤滑膜を対象にしてシミュレーションを実施し，拡張した手法の効果を調査した．その結果，拡張した手法により，固液界面系における分子の動的性質の効果的な制御が可能であることを明らかにし，高精度なシミュレーションを低コストで実現できることを示した．