接着剤樹脂/金属、無機材料との界面結合形成の計算科学解析

本講演では、金属および無機材料表面と接着剤樹脂との界面において発現する分子間相互作用を、理論計算に基づいて解明した研究成果をご紹介します。特に、産業用途で広く使用されているエポキシ樹脂に着目し、硬化剤を含む実用的なモデル系を対象として解析を行いました。銅、アルミニウム、金といった各種金属材料や、酸化アルミニウム、酸化銅、酸化クロムなどの代表的な金属酸化物表面に対し、エポキシ樹脂が形成する化学結合や相互作用の特徴を、量子力学計算および分子動力学シミュレーションを組み合わせて評価しています。これにより、材料の種類や表面状態の違いが接着強度や界面安定性に与える影響を、分子レベルで明確に示しました。さらに、界面での接着破壊現象に加え、樹脂内部で生じる凝集破壊についても検討し、その分子メカニズムを理論的に解析した最新の研究成果をご紹介します。本講演を通じて、接着信頼性向上や材料設計の高度化に資する基礎的知見と、今後の産業応用への展望について議論したいと考えています。 　本講演では、第一原理計算および分子動力学シミュレーションを組み合わせ、接着界面を分子・電子レベルから評価するための実践的な解析手法を習得いただけます。量子力学的手法による化学結合、電荷移動、電子密度分布の解析に加え、分子動力学を用いた樹脂構造形成や界面構造の動的および統計的評価手法についても解説します。また、複雑な材料表面や接着界面に対して、解析目的に応じて計算手法やモデルのスケールを使い分ける考え方や、計算コストと精度のバランスを考慮したシミュレーションモデルの構築方法を紹介します。これにより、接着強度や破壊挙動の支配因子を分子レベルで理解し、接着剤配合設計、材料選定、表面処理条件の最適化、さらには新材料開発へと展開可能な知識を得ることができます。

1. 接着界面の理論研究の歴史
   1. 接着技術の基礎概念と産業応用の概要
   2. 金属およびセラミックス表面における接着の理論研究の発展
   3. 金属/ポリマー界面接着に関する理論的研究の変遷
2. エポキシ樹脂とアルミナ表面の接着界面の理論的研究
   1. エポキシ樹脂分子モデルの構築手法
   2. アルミナ表面モデルの構築と表面状態の考慮
   3. 接着力および界面安定性のシミュレーション
   4. 官能基および表面水酸基密度が接着特性に及ぼす影響
3. エポキシ樹脂と窒化ホウ素表面との接着界面の理論研究
   1. 窒化ホウ素表面構造のモデル化
   2. 分子間相互作用 (分子間力) の寄与評価
   3. エポキシ樹脂モデルの構築と界面構造解析
   4. 接着界面破壊挙動のシミュレーション
4. エポキシ樹脂と金属表面との接着界面の理論的研究
   1. エレクトロニクス分野における金属接着の特徴と課題
   2. 硬化剤が接着界面特性に及ぼす影響
   3. 金属表面における電子状態・軌道相互作用の解析
   4. 表面における配位結合 (共有結合) の定量的評価
   5. 第一原理分子動力学シミュレーションによる界面解析
5. 接着剤樹脂とその他の金属表面との接着界面の理論的研究
   1. 硬化剤を含むエポキシ樹脂モデルの構築
   2. 銅表面のモデル化および接着界面のシミュレーション
   3. 酸化クロム表面のモデル化および接着界面のシミュレーション
6. その他最近の話題および今後の展望
   1. 凝集破壊過程の分子論的理解
   2. 今後の研究展開
• 質疑応答