コンセプトとアプローチ

高分子材料を対象としたマテリアルズインテグレーションでは、長さの単位ではナノメーター(nm)の分子レベルか らメートル(m)オーダーの大型バルク材料・大型構造体、時間単位ではピコ秒 (ps)から数十年 (year) 使う構造体 までのレンジの中で生じた現象や特性を統一的に理解できるようにデータベースの構造を工夫することにより俯 瞰します。また、シミュレーションだけに頼るのではなく、解析式や経験式験式などのありとあらゆる科学技術の知 識を駆使して研究開発時の問題解決を助けるための道具を提供します。将来は、高分子材料のハンドブックや教科 書にも匹敵するシステムに育てることを目指しています。　大きさのスケール (Length Scale) や時間スケール (Time Scale)　を超えたデータのやり取りを可能にするために新たに導入した数学的なデータベースを取り入れ ました。また、やり取りに際しては数々の物理的意味を持つパラメータを用いています。これにより、パフォーマンス からプロセス条件や組織の最適化を考える擬似的な逆問題解決が可能になります。

チーム構成と役割

高分子材料のマテリアルズインテグレーションのチーム編成は、航空機用高分子材料のパ フォーマンスという課題をもとに、相互に関係のなかった個別テーマで採択した研究者を 岸PDのもとで編成した という特徴を持つものです。この方法以外では編成できなかったチーム編成になっています。このために、研究課 題設定、研究項目の結びつき、研究者の再公募などの過程を経て現在の編成に至りました。「異分野の研究者の 方々の持つポテンシャルを一つの目標に向かってテーマ設定と課題を解決する」ためのチームを編成しました。 ま た、具体的な課題設定には企業のニーズを十分に取り入れ、しかも、企業が独自のデータベースを組み込んだり、 あたらしい技術分野を導入した際に、今回開発するシステムとの融合が簡単にでき、マテリアルズインテグレーショ ンの成果を多くの企業が利用しやすい形としました。

高分子材料MIの研究開発

先ずはエポキシ系構造用高分子材料に着目し、その分子構造と力学特性の関連性を明らかにするために、エポキ シ系樹脂のモデル硬化物を作製し、各種の力学特性評価試験、陽電子消滅法による自由体積計測、ナノ触診AFM 解析、各種分子動力学法による解析を実施しています。これらの計測・解析結果を、パーシステントホモロジー解析 を用い、材料の不均一性を定量化し、それをデータベースとしてまとめ、各種の逆問題への応用を検討しています。

各種の力学特性評価試験から、反応率の力学特性に及ぼす影響を確認しています。また陽電子消滅法による計測 により、自由体積が反応率とともに増大する傾向が定量的に確認され、全原子分子動力学法による解析結果とも良 く一致した結果が得られています。

パラメータ化された不均一性は、マクロ特性パラメータに反映させることによって、破壊力学や損傷力学などの構 造材料に関連する力学体系に結び付けることになります。これにより、空間や時間のスケールを相互に関連付け得 る実用的なモジュール群によって構成される高分子MIシステムを開発してゆきます。

異なる科学技術分野の知識を持つメンバーの集合により、従来からの高分子アプローチに加えて新たな視点からのアプローチを導入することができるようになりました。このように、オリジナリティのある高分子材料ＭＩの研究開発に発展しています。例えば、高分子材料の材料を規定するために数学の分野からのアプローチにより異なる技術要素を結びつけることに成功しています。