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J-OCTAの機能

ミクロな分子特性からマクロな材料特性までカバー

J-OCTAでは、次のようなシミュレーションを行うことができます。
・分子動力学シミュレーション(エンジン名:COGNAC、VSOP)
・界面、相分離シミュレーション(エンジン名:SUSHI、COGNAC-DPD)
・レオロジーシミュレーション(エンジン名:PASTA、NAPLES)
・多相構造シミュレーション(エンジン名:MUFFIN)
ここでは、各エンジンの機能ではなく、エンジンを使うためにJ-OCTAが提供しているモデリングツールの機能を主にご紹介します。
その他、外部ソフトウェアとのインターフェイス、高分子物性を簡易推算する定量的構造物性相関機能(QSPR)や、ズーミングやリバースマッピングなどのスケール間連携機能などをご提供しています。

分子動力学シミュレーション(COGNAC 、VSOP)

材料の静的・動的特性を原子・分子のレベルから評価・予測します。

  • 全原子モデリング(1)
    全原子モデリング(1)
    画面上に化学式を描くことにより、簡単に3次元分子構造を作成することが出来ます。モノマーのモデリング後にそれらを結合させてポリマーを作成します。ブロック共重合体やランダム共重合体の構築、タクティシティ制御なども行えます。
    反応点(原子)を指定して、分子動力学計算中の化学反応、架橋構造の作成なども可能です。
  • 全原子モデリング(2)
    全原子モデリング(2)
    力場(Force Field)パラメータとして、AMBER 、GAFF 、DREIDING、一部の無機材料(結晶構造)向けパラメータが使用できます。文献からの入力も可能です。 Direct Force Field (Team Force Field) から力場情報を取得する機能もあります。 Direct Force Fieldについて
  • 全原子モデリング(3)
    全原子モデリング(3)
    GaussianやPC-GAMESS/Firefly などの量子化学計算をダイレクトに実行して点電荷を取得することが可能です。
  • 粗視化モデリング
    粗視化モデリング
    原子の集合体を一つのユニット(粒子)として扱うモデルです。粗視化モデルを用いることで、より大規模かつ長時間の現象が計算可能となります。全原子モデルに基づいた粗視化ポテンシャル推算機能を有しています。 事例:粗視化ポテンシャルの評価
  • システムモデリング
    システムモデリング
    全原子モデルや粗視化モデルを用いて作成した分子を計算領域内に配置して、システム(系)を構築します。無機材料の結晶構造やフィラー作成、複数システムのマージ機能などを有しており、有機-無機界面構造の構築なども可能です
  • 外部エンジン
    外部エンジン
    LAMMPS および GROMACS とのコンバータ機能を有しており、J-OCTA上でこれらの分子動力学法エンジンをダイレクトに実行できます。 LAMMPS Webサイト
  • 並列化分子動力学エンジンVSOP
    並列化分子動力学エンジンVSOP
    VSOP(並列化分子動力学エンジン)を用いることで、計算速度が飛躍的に向上し、これまで解くことのできなかった大規模計算が可能となります。

※VSOPはJSOLと独立行政法人日本原子力研究開発機構(JAEA)が共同開発した高速並列分子動力学エンジンです。

界面、相分離シミュレーション(SUSHI 、COGNAC-DPD)

平均場法(SUSHI )、散逸粒子動力学法(COGNAC-DPD )を用いて、様々な構造の分子やブロック共重合体などを含む材料について、相分離構造や界面形状などを予測します。

  • 相互作用パラメータ推算
    相互作用パラメータ推算
    相互作用パラメータ(χパラメータ)推算機能を有しています。 (1)原子団寄与法やQSPR、あるいは分子動力学法を用いてSP値(溶解度パラメータ)を評価して、χパラメータを求める機能。(2)粗視化セグメント間の接触エネルギーと配位数からχパラメータを求める機能。(3)実験で得られる相図をもとにχパラメータを逆算する機能。 事例:相図からのχパラメータ推算
  • 相分離構造のメッシュ変換
    相分離構造のメッシュ変換
    相分離構造を有限要素法メッシュに変換する機能 を有しています。界面に沿ったメッシュ分割機能と、規則的なメッシュへの体積分率分布のエクスポート機能があります(後者はMUFFINのご紹介部分もご参照ください)。
  • 多相流体シミュレーション
    KRI-NIWA法
    KRI-NIWA法は株式会社KRIにより開発された新しい原子団寄与法で、従来の原子団寄与法と比較し、高精度なSP値の予測が可能です。これを用いてχパラメータの推算をすることができます。

レオロジーシミュレーション(PASTA 、NAPLES)

スリップリンクモデル(PASTA )、プリミティブチェーンネットワークモデル(NAPLES )を用いて、溶融高分子、高分子溶液のレオロジー特性を、分子量分布や分岐構造などの影響を考慮しながら予測します。

  • 絡み合い高分子のモデリング
    絡み合い高分子のモデリング
    絡み合い点間分子量を主なパラメータとして、高分子の分岐構造や架橋、分子量分布などを考慮したモデリングが可能です。流れ場として、せん断や伸長流れなどを設定することが可能です。

多相構造シミュレーション(MUFFIN)

平均場法などで得られた相分離構造をインポートして弾性体の有限要素法(FEM)シミュレーションなどが可能です。

  • 相分離構造のインポート
    相分離構造のインポート
    平均場法やDPDなどで求められた相分離構造(体積分率分布)を、均一な有限要素法メッシュ上に弾性率分布としてインポートすることができます。MUFFINを用いた弾性解析を行い、界面上の応力やエネルギーの分布、平均弾性率などを評価することができます。
  • メッシュ生成機能
    メッシュ生成機能
    矩形領域内にシンプルな球を複数配置して、界面に沿った有限要素法メッシュを作成することができます。仮想的な相分離構造、複合材料のシミュレーションに利用できます。
  • 多相流体シミュレーション
    多相流体シミュレーション
    複数の高分子成分や電解質を有するミクロな流体のシミュレーションのためのモデリング機能。 相分離を伴う薄膜形成(溶媒蒸発)などの計算に適用することが可能です。

スケール間連携機能

高分子の分子構造を決定するため、より大きなスケールの計算結果を利用します。これにより、一般的な分子動力学法のみでは困難な十分に緩和された分子構造を生成することができ、マルチスケール的なアプローチが可能となります。

  • ズーミング機能
    ズーミング機能
    平均場法(SUSHI)によって得られた各成分の体積分率分布(相分離構造)を用いて、分子動力学の構造を作成することが出来ます。 特に界面付近の分子構造を作成することが可能になります。
  • リバースマッピング機能
    リバースマッピング機能
    粗視化分子動力学によって得られた分子構造を用いて、全原子分子動力学の構造を作成することが出来ます。
    全原子モデルの初期構造作成、粗視化モデルの結果解析(実験との比較)などにご利用いただけます。

定量的構造物性相関(QSPR)

分子構造を入力するだけで、高分子のさまざまな物理物性を推算します。密度、熱膨張係数、ガラス転移点温度、ポアソン比、誘電率をはじめ、多数の物性を短時間に一覧表示で出力します。有機高分子の分子設計を行う際に有用なツールとなります。

推算可能な物性一覧

  • ・van der Waals体積
  • ・モル体積
  • ・密度
  • ・体積熱膨張係数、線熱膨張係数
  • ・定圧熱容量
  • ・ガラス転移点前後での熱容量の変化量
  • ・凝集エネルギー、溶解度パラメータ、χパラメータ
  • ・ガラス転移温度
  • ・表面張力、界面張力
  • ・屈折率、モル屈折率、比誘電率
  • ・Lorentz and Lorenzの分子分極、有効双極子モーメント
  • ・誘電正接
  • ・反磁性磁化率
  • ・ポアソン比、体積弾性率、ずり弾性率、ヤング率
  • ・絡み合い点間分子量
  • ・脆性破壊応力、降伏応力
  • ・特性比
  • ・ゼロずり粘度
  • ・熱伝導率、熱拡散率
  • ・透過性(酸素、窒素、二酸化炭素)
  • ・Temperature of Half-decomposition
  • ・Molar Thermal Decomposition Function

動作環境

J-OCTAプラットフォーム

OS
  • Windows 7(32bit、64bit)
  • Windows 8.1 (64bit)
  • Windows 10 (64bit)
CPU マルチコアCPU推奨
メモリ 4GB以上推奨(最低2GB)
ハードディスク
  • 80GB以上の空き容量を推奨(最低2GB)
ディスプレイ解像度 1024 X 768以上推奨
グラフィックカード OpenGLに対応したグラフィックカード(nVidia製、ATI製を推奨)
画面色数 65536色以上推奨
  • J-OCTA Student Edition では、以下のOSはサポートしておりません。
    • ・Windows 7(32bit)

解析エンジン

OS
  • Windows/Linux
  • ※Linux推奨バージョン
     Red Hat Enterprise Linux release 5.9 (x86_64)
     Red Hat Enterprise Linux release 6.4 (x86_64)
     CentOS 5.9(x86_64)
     CentOS 6.4(x86_64)
CPU マルチコアCPU推奨
メモリ 2GB以上推奨
ハードディスク
  • 80GB以上の空き容量を推奨

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  • ※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。
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