JP2015064645A

JP2015064645A - 特定物質の解析方法及び解析用コンピュータプログラム

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Publication number: JP2015064645A
Application number: JP2013196772A
Authority: JP
Inventors: 隆嗣小島; Takashi Kojima
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: JP6248501B2

Abstract

【課題】特定物質近傍の原子及び粒子の運動を可視化できる特定物質の解析方法及び解析用コンピュータプログラムを提供すること。【解決手段】この特定物質の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により解析対象となる特定物質をモデル化する特定物質の解析方法であって、分子動力学法により解析対象となる特定物質を数値解析する数値解析工程Ｓ１と、数値解析した特定物質を構成する原子及び粒子の中から可視化する原子及び／又は粒子の選定時間を指定する選定時間指定工程Ｓ２と、選定時間で可視化領域を指定する可視化領域指定工程Ｓ３と、選定時間で可視化領域に含まれる原子及び／又は粒子を抽出する抽出工程Ｓ４と、抽出された原子及び／又は粒子を可視化する可視化時間を指定する可視化時間指定工程Ｓ５と、可視化時間内で抽出された原子及び／又は粒子を可視化する可視化工程Ｓ６と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、解析対象となる特定物質をモデル化する特定物質の解析方法及び解析用コンピュータプログラムに関し、特に、特定物質近傍の原子及び粒子の運動を観察できる特定物質の解析方法及び解析用コンピュータプログラムに関する。

従来、分子動力学計算を用いた高分子材料のシミュレーション方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシミュレーション方法においては、高分子材料を原子、原子の集合体である粒子、及び粒子間の相対位置を特定する結合鎖に分けてモデル化し、得られたモデルの軸方向における変形に伴う配向角の変化を解析する。これにより、当該モデルのエネルギーロスの発生箇所を特定することができる。

特開２００７−１０７９６８号公報

ところで、フィラーとポリマーとを含む複合材料は、フィラーとポリマーとの間の相互作用が複合材料の材料特性に大きな影響を与える。そのため、分子動力学法を用いた分子モデルのシミュレーションにより、フィラー原子、フィラー粒子近傍のポリマー原子及びポリマー粒子の運動を観察することが物性メカニズムの解明に繋がるものと期待される。

しかしながら、従来のシミュレーション方法においては、数万〜数百万の粒子をモデル化するので、フィラー近傍などの局所的な原子及び粒子の運動を観察することは困難であった。また、原子及び粒子は、ブラウン運動、原子間及び粒子間の相互作用によって常時運動しているので、特定の原子及び粒子を時間経過と共に追跡することも困難であった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、特定物質近傍の原子及び粒子の運動を可視化できる特定物質の解析方法及び解析用コンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明の特定物質の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により解析対象となる特定物質をモデル化する特定物質の解析方法であって、分子動力学法により解析対象となる特定物質を数値解析する数値解析工程と、数値解析した特定物質を構成する原子及び粒子の中から可視化する原子及び／又は粒子の選定時間を指定する選定時間指定工程と、前記選定時間で可視化領域を指定する可視化領域指定工程と、前記選定時間で前記可視化領域に含まれる前記原子及び／又は前記粒子を抽出する抽出工程と、抽出された前記原子及び／又は前記粒子を可視化する可視化時間を指定する可視化時間指定工程と、前記可視化時間内で抽出された前記原子及び／又は前記粒子を可視化する可視化工程と、を含むことを特徴とする。

この方法によれば、分子動力学法によって数値解析された特定物質に含まれる原子及び粒子のうち、全解析時間において、選定時間で指定した可視化領域に含まれる特定物質を構成する原子及び粒子を可視化できるので、当該原子及び粒子近傍の運動を観察することができる。これにより、特定物質を構成する原子及び粒子と他の物質を構成する原子及び粒子との相互作用が特定物質を構成する原子及び粒子の運動に与える影響を観察できるので、物性メカニズムの解明が期待できる。

本発明の特定物質の解析方法においては、前記特定物質が、前記原子及び前記粒子の相対位置を特定する結合鎖を含んでモデル化されており、更に前記結合鎖を可視化することが好ましい。この方法により、結合鎖の影響も考慮して特定物質を解析できるので、特定物質を構成する原子及び粒子の解析の精度が向上する。

本発明の特定物質の解析方法においては、前記特定物質として、少なくとも２種類の物質を含むことが好ましい。この方法により、２種類の物質の界面付近の原子及び粒子の運動の可視化が可能となるので、２種類の物質間の相互作用が界面近傍の原子及び粒子に与える影響を解析することができる。

本発明の特定物質の解析方法においては、解析時間における時間毎の前記原子及び前記粒子の物理量に基づいて、前記原子及び前記粒子を配色することが好ましい。この方法により、原子及び粒子の運動に伴う原子及び粒子の物理量の変化及び分布を容易に観察することができる。

本発明の特定物質の解析方法においては、解析時間における時間毎の前記結合鎖の物理量に基づいて、前記結合鎖を配色するが好ましい。この方法により、結合鎖の運動に伴う結合鎖の物理量の変化及び分布を容易に観察することができる。

本発明の解析用コンピュータプログラムは、上記特定物質の解析方法をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、特定物質近傍の原子及び粒子の運動を可視化できる特定物質の解析方法を実現できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る特定物質の解析方法に用いられる複合材料の説明図である。図２は、本発明の実施の形態に係る複合材料を構成するフィラー及びポリマーの説明図である。図３Ａは、本発明の実施の形態に係るフィラーとポリマーとの相互作用の説明図である。図３Ｂは、本発明の実施の形態に係るフィラーとポリマーとの相互作用の説明図である。図４は、本発明の実施の形態に係る特定物質の解析方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。図５は、本発明の実施の形態に係る特定物質の解析方法の概略を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。

本実施の形態に係る特定物質の解析方法は、コンピュータを用いて分子動力学法により解析対象となる特定物質をモデル化する特定物質の解析方法である。この特定物質の解析方法は、分子動力学法により解析対象となる特定物質を数値解析する数値解析工程と、数値解析した特定物質を構成する原子及び粒子の中から可視化する原子及び／又は粒子の選定時間を指定する選定時間指定工程と、選定時間で可視化領域を指定する可視化領域指定工程と、選定時間で可視化領域に含まれる原子及び／又は粒子を抽出する抽出工程と、抽出された原子及び／又は粒子を可視化する可視化時間を指定する可視化時間指定工程と、可視化時間内で抽出された原子及び／又は粒子を可視化する可視化工程と、を含む。まず、本実施の形態に係る特定物質の解析方法の概要について説明する。

図１は、本実施の形態に係る特定物質の解析方法に用いられる複合材料の説明図である。図１に示すように、この複合材料１０は、例えば、相互に材料特性が異なる母相１１及び分散層１２を含む。母相１１は、例えば、ゴム及び各種樹脂材料などの高分子材料（ポリマー）を含有する。分散層１２は、例えば、カーボンブラック又はシリカなどの無機材料のフィラーを含有する。このように２種類の異なる物質であるフィラー及びポリマーを含有する複合材料１０を解析することにより、フィラーとポリマーとの界面近傍に存在する原子又は粒子の運動を可視化することが可能となるので、フィラーとポリマーとの間の相互作用が界面近傍の原子又は及び粒子に与える影響を解析することができる。なお、本実施の形態においては、解析対象となる特定物質として２種類以上の物質を含有する複合材料を分子動力学法によりモデル化して数値解析する例について説明するが、本発明は、１種類の物質の解析にも適用可能である。

図２は、本実施の形態に係る複合材料１０を構成するフィラー２１及びポリマー２２の説明図である。図２に示すように、本実施の形態においては、フィラー２１は、フィラー原子及び複数のフィラー原子が集合したフィラー粒子を含む。フィラー２１は、複数のフィラー原子及び複数のフィラー粒子が集合した略球体としてフィラーモデル化される。

フィラー２１の周囲には、母相１１（図１参照）をとなるポリマー２２を形成するポリマー原子及び複数のポリマー原子が集合したポリマー粒子がポリマーモデル化されている。つまり、ポリマー２２は、ポリマー原子及び複数のポリマー原子が集合したポリマー粒子が集合した集合体としてポリマーモデル化される。

フィラー２１は、フィラー原子及びフィラー粒子間の結合鎖２３によって各フィラー原子及び各フィラー粒子の相対位置が特定される。この結合鎖２３は、フィラー２１の各フィラー原子間及び各フィラー粒子間を拘束している。ポリマー２２は、フィラー２１と同様に、ポリマー原子及びポリマー粒子間の結合鎖２４によって各ポリマー原子及び各ポリマー粒子の相対位置が特定される。この結合鎖２４は、ポリマー２２の各ポリマー原子間及び各ポリマー粒子間を拘束している。また、フィラー２１及びポリマー２２は、フィラー原子及びフィラー粒子とポリマー原子及びポリマー粒子との間の結合鎖２５によって各フィラー原子、各フィラー粒子、各ポリマー原子及び各ポリマー粒子の相対位置が特定される。この結合鎖２５は、各フィラー原子、各フィラー粒子、各ポリマー原子及び各ポリマー粒子を拘束している。

これらの結合鎖２３、２４、２５は、平衡長とばね定数とが定義されたバネとしての機能を有する。このように、結合鎖２３、２４、２５を含めてモデル化することにより、結合鎖２３、２４、２５の影響も考慮してフィラー２１及びポリマー２２を解析できるので、複合材料１０を形成するフィラー２１及びポリマー２２のフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子及びポリマー粒子の解析の精度が向上する。なお、本実施の形態では、結合鎖２３、２４、２５をモデル化した例について説明するが、結合鎖２３、２４、２５は必ずしもモデル化する必要はない。

本実施の形態においては、例えば、図２に示す状態を初期状態とし、数値解析したフィラー２１及びポリマー２２を構成するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の中から可視化する可視化領域のフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を所定の選定時間内で抽出することにより、フィラー２１及びポリマー２２間の相互作用を解析することができる。なお、選定時間とは、数値解析後に可視化するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を選定する時間である。

図３Ａ及び図３Ｂは、本実施の形態に係るフィラー２１とポリマー２２との相互作用の説明図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいては、図２に示した初期状態から伸張解析を開始して所定時間経過後のフィラー２１及びポリマー２２の状態を模式的に示している。

図３Ａに示すように、フィラー２１とポリマー２２との相互作用が強い場合には、初期状態においてフィラー２１近傍に存在していたポリマー２２のうち約半数程度がフィラー２１近傍の領域からフィラー２１から離れた領域に向けて分散している。これに対して、図３Ｂに示すように、フィラー２１とポリマー２２との相互作用が弱い場合には、フィラー２１から離れた領域に分散したポリマー２２が図３Ａに示す例より増大している。このように、本実施の形態に係る特定物質の解析方法を用いることにより、例えば、フィラー２１の近傍に存在していたポリマー２２の所定時間後における位置を特定できるので、フィラー２１とポリマー２２との相互作用の強度を解析することが可能となる。

次に、本実施の形態に係る特定物質の解析方法について詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る特定物質の解析方法を実行する解析装置の機能ブロック図である。図４に示すように、本実施の形態に係る特定物質の解析方法は、処理部５２と記憶部５４とを含むコンピュータである解析装置５０が実現する。この解析装置５０は、入力手段５３を備えた入出力装置５１と電気的に接続されている。入力手段５３は、モデル化の対象であるフィラー２１、ポリマー２２（図３参照、以下同様）の各種物性値及び解析における境界条件などを解析装置５０に入力する。入力手段５３としては、例えば、キーボード、マウスなどの入力デバイスが用いられる。

処理部５２は、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）及びメモリを含む。処理部５２は、各種処理を実行する際にコンピュータプログラムを記憶部５４から読み込んでメモリに展開する。メモリに展開されたコンピュータプログラムは、各種処理を実行する。処理部５２は、記憶部５４から予め記憶された各種処理に係るデータを必要に応じて適宜メモリ上の自身に割り当てられた領域に展開し、展開したデータに基づいて、複合材料１０のモデルの作成及び当該モデルを用いたシミュレーションに関する各種処理を実行する。

処理部５２は、モデル作成部５２ａと、条件設定部５２ｂと、解析部５２ｃとを含む。モデル作成部５２ａは、予め記憶部５４に記憶されたデータに基づき、分子動力学法によりモデルを作成する際のフィラー２１、ポリマー２２の粒子数、分子数、分子量、分岐、形状及び大きさの設定を行う。また、モデル作成部５２ａは、フィラー２１粒子とポリマー２２粒子と間の結合鎖２３、２４、２５などの構成要素の配置、設定及び計算ステップ数などの粗視化モデルの設定を行う。さらに、モデル作成部５２ａは、ポリマー−ポリマー間及びポリマー−フィラー間などの相互作用などの各種計算パラメーターの初期条件の設定を行う。

ポリマーとフィラーとの相互作用を調整する計算パラメーターとしては、下記式（１）で表されるレナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを用い、これらが調整される。ポテンシャルを計算する上限距離（カットオフ距離）を大きくすることで、遠距離まで働いた引力、斥力を調整できる。なお、ポリマー−フィラー間相互作用が一定値になるまで順次、ポリマー−フィラー間相互作用パラメーターを小さくすることが好ましい。レナード・ジョーンズポテンシャルのσ、εを大きな値から徐々に本来の値に近づけることにより、分子を不自然な状態に導かない穏やかな速度で粒子の接近を行うことができる。また、カットオフ距離も徐々に小さくすることにより、適正な範囲で引力、斥力を調整できる。

モデル作成部５２ａは、初期条件の設定の後、平衡化計算を行う。平衡化計算では、所定の温度、密度及び圧力で、初期条件設定後の各種構成要素が平衡状態に到達する所定の時間、分子動力学計算を行う。さらに、モデル作成部５２ａは、初期条件の設定及び平衡化を計算した後に、フィラー２１及びポリマー２２をモデル化したポリマーモデル及びフィラーモデルを作成する。また、モデル作成部５２ａは、作成したポリマーモデル及びフィラーモデルの初期状態を作成する。

条件設定部５２ｂは、モデル作成部５２ａで作成したポリマーモデル及びフィラーモデルを用いた分子動力学法による運動シミュレーション（解析）を実行するための各種条件を設定する。条件設定部５２ｂは、入力手段５３からの入力及び記憶部５４に記憶されている情報に基づいて各種条件を設定する。各種条件としては、解析部５２ｃが解析を実行する際のフィラー原子、フィラー原子団、フィラー粒子及びフィラー粒子群の位置並びに数、ポリマー原子、ポリマー原子団、ポリマー粒子及びポリマー粒子群の位置並びに数、結合鎖２３、２４、２５の位置及び数、条件を変更しない固定値などが含まれる。

解析部５２ｃは、モデル作成部５２ａにより作成されたポリマーモデル及びフィラーモデルを用いた分子動力学法による伸張解析などの運動シミュレーションにより数値解析を実行する。また、解析部５２ｃは、数値解析したフィラー２１及びポリマー２２を形成するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の中から可視化するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を選定する選定時間を指定する。ここでの選定時間としては、例えば、解析開始時間又は解析終了時間が挙げられる。解析開始時間を選定時間とすることにより、伸張解析などによるフィラー２２などの変形に伴うフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の移動後の位置を確認できる。また、解析終了時間を選定時間とすることにより、伸張解析などによるフィラー２２などの変形に伴うフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の移動元を確認できる。

さらに、解析部５２ｃは、選定時間で可視化領域を指定する。可視化領域の指定方法としては、フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を可視化できる範囲であれば特に制限はない。可視化領域の指定方法としては、例えば、特定点を中心として所定半径の球状の領域を指定する指定方法又は複数の特定点を頂点として形成される多面体状の領域を指定する指定方法が挙げられる。また、可視化領域の数としても特に制限はなく、複数の可視化領域を指定することもできる。

また、解析部５２ｃは、選定時間で可視化領域に含まれるフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を抽出する。さらに、解析部５２ｃは、抽出されたフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を可視化する可視化時間を指定する。この可視化時間は、選定時間とは異なる時間である。なお、可視化時間は、選定時間を含む場合もある。解析部５２ｃは、可視化時間を複数指定することも可能である。

また、解析部５２ｃは、可視化時間内で抽出されたフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を可視化する。可視化方法としては、抽出したフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を識別できる可視化方法であれば特に制限はない。フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の可視化方法としては、例えば、抽出されたフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５にそれぞれ異なる色を着色して可視化する可視化方法が挙げられる。また、可視化方法としては、全てのフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を着色して可視化し、抽出したフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の色を他のフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５とは異ならせる可視化方法が挙げられる。さらに、可視化方法としては、抽出されたフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５以外のフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を透明にする可視化方法などが挙げられる。

また、解析部５２ｃは、複数の解析時間においてフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を可視化し、可視化したフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５をアニメーションのように連続表示してもよい。これにより、フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の動きを連続して確認できるので、物性メカニズムの解明が容易になる。

また、解析部５２ｃは、解析時間の時間毎のフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子及びポリマー粒子の物理量に基づいて、フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子及びポリマー粒子を配色することが好ましい。このようにすることで、原子及び粒子の運動に伴う原子及び粒子の物理量の変化並びに分布を容易に観察することができる。フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子及びポリマー粒子の物理量としては、数値解析の結果によって得られる物理量又は当該物理量を演算して得られる物理量であれば特に制限はない。フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子及びポリマー粒子の物理量としては、例えば、速度、加速度、力及び変位などが挙げられる。

さらに、解析部５２ｃは、解析時間の時間毎の結合鎖２３、２４、２５の物理量に基づいて、結合鎖２３、２４、２５を配色すること各解析時間における結合鎖２３、２４、２５を、当該時間の結合鎖の物理量に基づいて配色することが好ましい。このようにすることで、結合鎖２３、２４、２５の運動に伴う結合鎖の物理量の変化及び分布を容易に観察することができる。結合鎖２３、２４、２５の物理量としては、数値解析の結果によって得られる物理量又は当該物理量を演算して得られる物理量であれば特に制限はない。結合鎖２３、２４、２５の物理量としては、例えば、伸張力、ねじり力及び曲げ力などが挙げられる。

記憶部５４は、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ及びＣＤ−ＲＯＭなどの読み出しのみが可能な記録媒体である不揮発性のメモリ並びにＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）のような読み出し及び書き込みが可能な記録媒体である揮発性のメモリが適宜組み合わせられる。

記憶部５４には、入力手段５３を介して解析対象となるポリマーモデル及びフィラーモデルを作成するためのデータであるゴム及び各種樹脂材料などのポリマー２２（図３参照）、カーボンブラック又はシリカなどのフィラー２１（図３参照）のデータ及び本実施の形態に係る特定物質の解析方法を実現するためのコンピュータプログラムなどが格納されている。このコンピュータプログラムは、コンピュータ又はコンピュータシステムに既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施の形態に係る特定物質の解析方法を実現できるものであってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）及び周辺機器などのハードウェアを含むものとする。

表示手段５５は、例えば、液晶表示装置等の表示用デバイスである。なお、記憶部５４は、データベースサーバなどの他の装置内にあってもよい。例えば、解析装置５０は、入出力装置５１を備えた端末装置から通信により処理部５２及び記憶部５４にアクセスするものであってもよい。

次に、図５を参照して本実施の形態に係る特定物質の解析方法の具体例について説明する。図５は、本実施の形態に係る特定物質の解析方法の概略を示すフロー図である。

図５に示すように、開始時には、モデル作成部５２ａが、入力手段５３を介して予め記憶部５４に記憶されたモデル化するためのデータであるフィラー２１及びポリマー２２の粒子数、分子数、分子量、分岐、形状、大きさ、フィラー２１及びポリマー２２の粒子間を接続する結合鎖２３、２４、２５などの構成要素の配置などのフィラー２１及びポリマー２２をモデル化するための各種データを読込む。続いて、モデル作成部５２ａは、各種データに基づいてフィラーモデル及びポリマーモデルを作成する。モデル作成部５２ａは、ポリマーモデルに対して初期条件の設定及び分子動力学計算により平衡化計算を行う。

次に、条件設定部５２ｂは、入力手段５３からの入力又は記憶部５４に記憶されている情報に基づいて、ポリマーモデルを用いた分子動力学法による運動シミュレーション（解析）の条件を設定する。

次に、解析部５２ｃは、条件設定部５２ｂが設定した条件に基づいて、分子動力学法により作成したポリマーモデル及びフィラーモデルを用いて分子動力学法による伸張解析などの運動シミュレーションにより数値解析を実行する（ステップＳ１）。続いて、解析部５２ｃは、解析開始時間又は解析終了時間などを数値解析したフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の中から可視化するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を選定する選定時間として指定する（ステップＳ２）。

次に、解析部５２ｃは、解析開始時間又は解析終了時間で特定点を中心として所定半径の球状の領域を指定する指定方法及び複数の特定点を頂点として形成される多面体状の領域を可視化領域として指定する（ステップＳ３）。続いて、解析部５２ｃは、選定時間で可視化領域に含まれるフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を抽出する（ステップＳ４）。

次に、解析部５２ｃは、抽出されたフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を可視化する可視化時間を指定する（ステップＳ５）。続いて、解析部５２ｃは、可視化時間内で抽出されたフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を着色する着色方法などにより可視化する（ステップＳ６）。最後に、解析部５２ｃは、伸張解析などによって得られた解析結果を記憶部５４に格納してモデルの解析を終了する。

以上説明したように、上記実施の形態に係る特定物質の解析方法によれば、分子動力学法によって数値解析された複合材料１０に含まれるフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５のうち、全解析時間において、選定時間で指定した可視化領域に含まれる複合材料１０を構成するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５を可視化できる。これにより、当該フィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５近傍の運動を観察することができるので、複合材料１０を構成するフィラー２１のフィラー原子及びフィラー粒子とポリマー２２を構成するポリマー原子及びポリマー粒子との相互作用が、複合材料１０を構成するフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、ポリマー粒子及び結合鎖２３、２４、２５の運動に与える影響を観察できるので、物性メカニズムの解明が期待できる。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明についてより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

本発明者らは、上述した本実施の形態に係る特定物質の解析方法を用いてフィラー及びポリマーを含有する複合材料におけるフィラーとポリマーとの相互作用の強度を調べた。以下、本発明者らが調べた内容について説明する。

ポリマーモデル及びフィラーモデルは、ポリマー及びフィラー間のポテンシャルとして上記式（１）に示したレナード・ジョーンズポテンシャルを使用し、カットオフ長を２．５σとし、εを１．３として作成した。

次に、作成したポリマーモデル及びフィラーモデルを用いて分子動力学法による運動シミュレーションである伸張解析を実行した。その結果、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フィラー及びポリマー間の相互作用と可視化したフィラー原子、フィラー粒子、ポリマー原子、及びポリマー粒子の分散性との間に高い関連性が見られた。

１０複合材料
１１母相
１２分散層
２１フィラー
２２ポリマー
２３、２４、２５結合鎖
５０解析装置
５１入出力装置
５２処理部
５２ａモデル作成部
５２ｂ条件設定部
５２ｃ解析部
５３入力手段
５４記憶部
５５表示手段

Claims

コンピュータを用いて分子動力学法により解析対象となる特定物質をモデル化する特定物質の解析方法であって、
分子動力学法により解析対象となる特定物質を数値解析する数値解析工程と、
数値解析した特定物質を構成する原子及び粒子の中から可視化する原子及び／又は粒子の選定時間を指定する選定時間指定工程と、
前記選定時間で可視化領域を指定する可視化領域指定工程と、
前記選定時間で前記可視化領域に含まれる前記原子及び／又は前記粒子を抽出する抽出工程と、
抽出された前記原子及び／又は前記粒子を可視化する可視化時間を指定する可視化時間指定工程と、
前記可視化時間内で抽出された前記原子及び／又は前記粒子を可視化する可視化工程と、を含むことを特徴とする、特定物質の解析方法。
前記特定物質が、前記原子及び前記粒子の相対位置を特定する結合鎖を含んでモデル化されており、更に前記結合鎖を可視化する、請求項１に記載の特定物質の解析方法。
前記特定物質として、少なくとも２種類の物質を含む、請求項１又は請求項２に記載の特定物質の解析方法。
解析時間における時間毎の前記原子及び前記粒子の物理量に基づいて、前記原子及び前記粒子を配色する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の特定物質の解析方法。
解析時間における時間毎の前記結合鎖の物理量に基づいて、前記結合鎖を配色する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の特定物質の解析方法。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の特定物質の解析方法をコンピュータに実行させる、特定物質の解析用コンピュータプログラム。