代表者 : 森 龍也
大阪大学大学院基礎工学研究科の金 鋼准教授、東京大学の水野 英如助教、筑波大学の森 龍也助教の共同研究グループは、ガラス状高分子における分子振動の正体を、コンピュータシミュレーションを用いた理論研究により明らかにしました。
高分子の性質を正しく理解することは、様々な用途に用いられるプラスチック製品を開発する上で本質的なことです。しかしながら、たくさんの高分子の鎖が集まるとなぜ窓ガラスと同じように硬くなるのか、その性質の分子レベルからの解明は今までありませんでした。
今回共同研究グループは、高分子鎖の集合体がガラスになる過程を分子動力学法と呼ばれるコンピュータシミュレーションにより再現し、その性質を詳細に解析しました。ずり変形と呼ばれる歪みを加えて硬さを計測したところ、高分子鎖1本が硬くなるにつれて集合体全体も硬くなりました。しかし、系全体の硬さはガラス特有の非アフィン変形の効果に起因して、鎖１本の硬さに対して相対的に極めて柔らかくなることを明らかにしました。また、ボゾンピークと呼ばれるほとんどのガラス物質で見られる振動励起が、高分子ガラスでもテラヘルツ波領域で観測されることがわかり、その周波数がずり変形に対する硬さの指標である剪断弾性率のみによって説明される関係式を得ることに、世界で初めて成功しました。
図 高分子鎖の繰り返し分子構造を1つの球とみなしたモデルに基づいた高分子ガラスに対する分子動力学法のスナップショット。