J-OCTA事例：量子補正を適用した固体の定積比熱の評価
- 全原子MD
- 熱
- マテリアルサイエンス
User Only
量子補正を適用した定積比熱の評価
目的と手法
古典的な熱力学に拠れば、定積比熱は全エネルギーを温度で微分することで求めることができます。これをそのまま古典分子動力学法で得られるトラジェクトリに対して適用する場合、評価される比熱は実験値に比べて過大に見積もられる傾向にあります[1]。本事例では量子統計力学の知見に拠り、古典分子動力学法で得られたトラジェクトリに対して量子的な補正を適用することで[2]、より精度よく固体の定積比熱を評価しました。
固体の定積比熱\(C_V\)は状態密度\(D(\nu)\)とボーズ・アインシュタイン分布関数\(f_{BE} (\nu)\)を用いて以下の式で評価することができます。
\[C_V=\frac{\partial}{\partial T}\int_0^\infty E(\nu)D(\nu)f_{BE}(\nu)d\nu\]
ここで\(T\)は温度、\(E(\nu)=h\nu\)で\(h\)はプランク定数、\(\nu\)は振動数です。古典分子動力学法において、状態密度は原子の速度相関関数をフーリエ変換することで求められます。この状態密度に対してボーズ・アインシュタイン分布関数を乗ずることで量子的な補正を適用します。
解析結果
50量体のポリスチレン(PS)、PMMAに対して本手法を適用しました。力場にはL-OPLSを用いました。300Kの平衡NVT計算により得られるトラジェクトリから速度相関関数を求め、その速度相関関数をフーリエ変換することで状態密度を求めました。
MDにより得られたトラジェクトリから評価したPMMAの状態密度は図1の通りとなりました。この状態密度を振動数で積分することで定積比熱が評価されます。
図1 MDで評価したPMMAの状態密度
MDにより評価された、300KにおけるPSとPMMAの定積比熱は以下の表1の通りとなりました。比較・参考のため、文献[3]で示されている定圧比熱の値も同時に示しています。
表1 定積比熱の計算結果
| 比熱(J/g/K) | PS | PMMA |
|---|---|---|
| MD（定積比熱 300K） | 1.29 | 1.45 |
| 文献値（定圧比熱） | 1.185 (273.15K) 1.256 (323.15K) |
1.42 (298.15K) |
- *参考文献
-
- [1] R. Bhowmika, S. Sihn, V. Varshney, A. K. Roy and J. P. Vernona, Polymer, 167, 176 (2019)
- [2] C. Li, G. A. Medvedev, E. Lee, J. Kim, J. M. Caruthers and A. Strachan, Polymer, 53, 4222 (2012)
- [3] Polymer Handbook 4th Edition, Wiley, New York (1999)
事例一覧
-
- タイヤの耐摩耗性の向上
- COSMO法による物性推算
- VSOP-PSによる繊維配向材のシミュレーション
- 粗視化モデルによる脂質膜の解析
- 機械学習による沸点、屈折率、比誘電率の推算
- ナノトライボロジー（アブレシブ摩耗、ナノ加工）
- コバルト酸リチウムの基底状態と弾性率の解析（SIESTA事例ページへ）
- MD-GANによる固体電池内のLiイオン拡散解析
- リバースマッピングによるアモルファス構造の作成
- 電池電極の成形プロセス（カレンダリング）における圧力と空隙率の計算
- 粗視化分子動力学を用いた複屈折の解析
- 高分子膜の相分離プロセスシミュレーション
- 機械学習によるχパラメータの推定
- 水への溶解性評価
- フィラー樹脂複合材料の熱伝導率計算
- VSOP-PSによる繊維構造への樹脂含浸プロセス計算
- mol-inferを用いたQSPRの逆解析
- FMO-DPDを用いた高分子電解質の相分離構造
- FMO-DPDを用いた脂質膜とベシクルの形成
- カルサイト（方解石）の複屈折と光吸収（SIESTA事例ページへ）
- リチウムイオン電池のシミュレーション（SIESTA事例ページへ）
- 懸濁液の粘度の評価
- 量子補正を適用した固体の定積比熱の評価
- MD-GANを用いた長時間の分子運動の予測
- ポリマーの誘電緩和
- 金属錯体の吸収スペクトル（SIESTA事例ページへ）
- ゼオライトとガス分子の相互作用（SIESTA事例ページへ）
- 蒸着膜のシミュレーション
- 機械学習QSPRとマテリアルズ・インフォマティクス
- シミュレーション結果を用いた粘弾性マスターカーブの作成
- DPDを用いた粘弾性のシミュレーション
- 表面の再構成（SIESTA事例ページへ）
- フォノン分散を利用した剛性マトリクスの算出（SIESTA事例ページへ）
- Steered MDによるポリペプチドの自由エネルギー変化の解析
- 金属の電子比熱解析（SIESTA事例ページへ）
- 格子比熱の解析（SIESTA事例ページへ）
- J-OCTAによる蓄熱材の評価
- MDおよびMO/DFTを用いた比誘電率の評価
- 溶解度係数の算出
- 機械特性評価（SIESTA事例ページへ）
- 結晶の熱膨張（SIESTA事例ページへ）
- ゼオライトへのガス吸着
- GHz周波数領域における水の誘電分散(2)
- 反応のエネルギー変化（SIESTA事例ページへ）
- GHz周波数領域における水の誘電分散(1)
- 固体表面への分子の吸着エネルギー（SIESTA事例ページへ）
- 活性化エネルギーを用いたモンテカルロ判定によるエポキシ樹脂の架橋反応
- 樹脂 複屈折のためのマルチスケールシミュレーション
- 顔料の表面エネルギー（SIESTA事例ページへ）
- スラリー塗工プロセス
- 金属表面と分子の相互作用
- フィラー充填ゴムの繰り返し伸長
- 界面特性を考慮したCFRTPの破壊挙動の解析（Digimat事例ページへ）
- グラフェンシート添加によるCFRTPのマトリクス熱伝導特性改質（Digimat事例ページへ）
- 非平衡MDによる熱伝導率の計算
- ゴム材料のレオロジーシミュレーション
- 架橋フェノール樹脂の物性評価
- エポキシ樹脂架橋反応のシミュレーションからのガラス転移温度評価
- 電池用電解液の計算
- カーボンナノチューブの分散構造と非線形構造解析
- 粗視化ポテンシャルの評価
- DPDによる溶媒蒸発シミュレーション
- ガラス状態ポリマーの一軸伸長とクレーズ形成
- 高分子-固体界面の摩擦
- MDによる粘度の評価
- 相図からのχパラメータ推算
- 高分子-固体界面の剥離
- 気体の溶解係数と自由体積
- QSPRによる物性値の推算
- レオロジー特性
- 熱硬化性樹脂の架橋構造
- MDによる比誘電率の評価
- 複合材料の非線形力学特性（LS-DYNAとの連携）
- DPDによる界面張力の評価
- MDによる溶解度パラメータの評価
- DPDによる液滴のずり変形
- MDによる界面張力の評価
- 体積弾性率評価
- 界面活性剤の影響評価
- 燃料電池の高分子電解質膜解析
- 一軸伸張解析
- 光学特性評価
- ガラス転移温度評価
- ガス拡散解析
- ガス透過解析
- 架橋構造材料の特性評価
- コンポジット材料の特性解析
- ※記載されている製品およびサービスの名称は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。
