(57)【要約】      （修正有）【課題】金属表面における有機被膜の界面における接着性や密着性の評価に関してコンピューターシミュレーション手法で数値解析することである。【解決手段】解析対象の金属表面および有機被膜を構成する原子または分子のポテンシャルエネルギーを分子力学法に基づいてコンピュータによりそれぞれ計算してエネルギー値が最小値になる最安定構造を求め、次にこれら有機被膜と金属の最安定構造における周期境界モデルを組み合わせて複合体の下記全エネルギー値Ｅ１を分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算して化学結合を有しない複合体エネルギーを算出し、次に全エネルギーＥ１であるときの有機被膜と金属との最安定構造を初期配置として、複合体の全エネルギー値Ｅ２を分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算し、金属表面に対する有機被膜の接着力である差分エネルギーＥ＝Ｅ２−Ｅ１を算出する。【選択図】  図１
2004302589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解析対象の金属表面および有機被膜を構成する原子または分子のポテンシャルエネルギーを分子力学法に基づいてコンピュータによりそれぞれ計算してエネルギー値が最小値になる最安定構造を求め、その計算の際に有機被膜についてモノマーモデルを単位として行なうと共に、金属表面については、結晶状態の周期境界モデルを構築して行ない、次にこれら有機被膜と金属の最安定構造における周期境界モデルを組み合わせた複合体の下記全エネルギー値Ｅ１を分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算して化学結合を有しない複合体エネルギーを算出し、次に全エネルギーＥ１であるときの有機被膜と金属との最安定構造を初期配置として、複合体の下記全エネルギー値Ｅ２を分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算して化学結合した複合体エネルギーを算出し、次いで得られたＥ２およびＥ１の値から金属表面に対する有機被膜の接着力である差分エネルギーＥ＝Ｅ２−Ｅ１を算出することからなる金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法。
記
Ｅ１＝（金属表面の周期境界モデルのポテンシャルエネルギー値−有機被膜モノマーモデルのポテンシャルエネルギー値）
Ｅ２＝（金属表面の周期境界モデルのポテンシャルエネルギー値−有機被膜モノマーモデルのポテンシャルエネルギー値）
【請求項２】
周期境界モデルは、そのＹ方向の大きさである原子層厚さを３層以上とし、かつＸＺ方向の大きさを前記有機被膜モノマーモデルより２〜２．５倍の大きさとする周期境界モデルである請求項１記載の金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法。
【請求項３】
有機被膜が、トリアジンチオール化合物である請求項１記載の金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法。
【請求項４】
金属が、マグネシウムまたはマグネシウム合金である請求項１または２に記載の金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法。
【請求項５】
分子力学法に基づくポテンシャルエネルギー（Ｅ）が、
Ｅ＝ＥＲ＋Ｅθ＋Ｅφ＋Ｅω＋ＥＶＤＷ＋Ｅｅｌ
（式中、ＥＲは距離Ｒを隔て結合している二つの原子間の結合伸縮エネルギー、Ｅθは結合角θに対する結合変角エネルギー、Ｅφはねじれ回転に伴うねじれ角をパラメータとするねじれエネルギー、Ｅωは２面角ωに対する反転エネルギー、ＥＶＤＷはファンデルワールスエネルギー、Ｅｅｌは静電相互作用エネルギーを表す。）である請求項１〜４のいずれかに記載の金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属表面上に所要機能を有する有機被膜を形成した際の接着力を予測的に数値解析して調べる金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機メッキ法や真空蒸着法等を用いて各種金属表面にナノオーダーの被膜厚さの薄膜として形成される有機被膜は、被覆した金属表面の耐食性能、絶縁性能、耐熱性能または装飾性などを高める機能を有することが知られている。
【０００３】
すなわち、金属表面上に有機被膜を形成すると、耐食性、絶縁性能、耐熱性能または装飾性等の機能が付与されることにより、金属の高付加価値化が期待できる。
【０００４】
金属表面を高機能化するためには、金属表面上に形成される有機被膜の種類、被膜形成濃度、温度及びその形成過程における金属表面と有機被膜との界面構造等を調べて「結合性」または「密着性」を解析し、評価して適当な有機被膜形成を行なうようにすることが肝要である。
【０００５】
一般的には、耐食性や絶縁性能・耐熱性能・装飾性等の目的性能を満たすと考えられる有機化合物の被膜の密着性を調べるには、実際に製造した有機化合物を金属の表面に塗布し、接着力を剥離試験などで確認することによって知見が得られることが多い。
【０００６】
一方、未知・既知の無機化合物や有機化合物においては、各種物性や目的状態（固体、液体、混合物、結晶、界面など）における分子レベルでの挙動解析に関し、計算科学の各種理論を基本として開発されたソフトウェアを使用し、コンピューターによって目的物質の物性評価や挙動解析を行なう方法（コンピューターシミュレーション）が、分子設計支援技術のひとつとして一般的になってきている。
【０００７】
コンピューターを利用した分子設計支援技術としては「分子力学法」や「分子動力学法」、「第一原理分子動力学法」等の計算科学手法が存在し、各種ソフトウェアが市販されているが、計算の対象とする物質や目的状態（固体・液体・混合物・界面等）により、適当なソフトウェアの選定や構築するモデルの形態、計算条件の設定を充分な検討の上に行なう必要がある。
【０００８】
特に、ニュートン運動方程式を基本原理とする古典力学に基づく「分子力学法」及び「分子動力学法」に関しては、コンピューターシミュレーションにおける汎用ソフトウェアシステムのいくつかは既に市販されている（例えばＡｃｃｅｌｒｙｓ社「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｔｕｄｉｏ」、「Ｃｅｒｉｕｓ２」、「ＩｎｓｉｇｈｔＩＩ」、富士通株式会社「ＷｉｎＭＡＳＰＨＹＣ」等）。
【０００９】
因みに、分子動力学法は、注目する系の各原子について、ニュートンの運動方程式を数値的に解くことにより、初期状態から原子運動の軌跡を求めることができる手法である。系内のｉ番目の粒子に対するニュートンの運動方程式は、次式で示される。
【００１０】
Ｆｉ＝ｍｉ（ｄｖｉ／ｄｔ）＝ｍｉ（ｄ２ｒｉ／ｄｔ２）
（式中のＦｉは粒子に働く力であり、ｒｉ、ｖｉ、ｍｉは、それぞれ粒子の位置、速度、質量である。）
【００１１】
上記の式から導かれる式は、任意の時刻ｔにおける基本セル内の粒子ｉの位置ベクトルを、Ｒｉ（ｔ）とし、粒子に働く力をＦｉ（ｔ）として、さらにΔｔが充分に小さい値を示す場合、次式の通りである。
Ｒｉ（ｔ＋Δｔ）＝２Ｒｉ（ｔ）−Ｒｉ（ｔ−Δｔ）＋｛（Δｔ）２Ｆｉ（ｔ）｝／ｍ
【００１２】
この式により、時刻ｔ−Δｔとｔにおける位置、およびｔにおけるｉに働く力Ｆｉ（ｔ）を知れば、ｔ＋Δｔにおける位置を知ることができる。これを次々に繰り返せば、ｉの位置の時間経過すなわち軌跡を知ることができる。この方法は、ベルレ（Ｖｅｒｌｅｔ）法と呼ばれる。
【００１３】
また、成膜のシュミレーションとしては、非晶質シリコン薄膜を形成する場合に、原子の一ずつの動きをある時間ごとに追跡し、すなわち原子１個ずつの座標と速度を求めて、成膜速度と成膜物性を予測する手法が開示されている（特許文献１参照。）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平０９−２７９３４０号公報（特許請求の範囲）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したコンピューターシミュレーションを実行する際に、実際の計算対象となる目的物質がどのような状態（有機物質もしくは無機物質、結晶もしくは非結晶状態、異種物質界面または気相、液相もしくは固相等）で存在しているかといった点についても配慮する必要があり、その目的物質や目的状態の種類に応じた計算条件の設定や計算手法を充分に検討したうえで条件を選択しなければ、その状態をコンピューターシミュレーションに反映させて現実性のあるモデルを構築することはできない。
【００１６】
特に、金属とその有機被膜の接着の強さを調べるには、コンピューターシミュレーションによる計算条件の設定や計算手法の設定が煩雑となり効率のよい数値解析が困難であった。
【００１７】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して金属表面における有機被膜形成に関し、分子設計支援技術の「分子力学法」及び「分子動力学法」に基づくコンピューターシミュレーションを効率よく利用することにより、金属表面上に有機被膜を実際に形成する前に、金属と有機被膜の接着強度を迅速かつ正確に数値解析することである。
【００１８】
すなわち、この発明の課題は、金属表面における有機被膜形成過程に関する化学結合現象に注目し、金属表面における有機被膜の界面における接着性や密着性の評価に関してコンピューターシミュレーション手法で数値解析することであり、特に接着性の良い有機被膜化合物の研究開発に要する期間を短縮することにより、開発コストを低減可能な金属−有機被膜の接着強度数値解析方法とすることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明においては、解析対象の金属表面および有機被膜を構成する原子または分子のポテンシャルエネルギーを分子力学法に基づいてコンピュータによりそれぞれ計算してエネルギー値が最小値になる最安定構造を求め、その計算の際に有機被膜についてモノマーモデルを単位として行なうと共に、金属表面については、結晶状態の周期境界モデルを構築して行ない、次にこれら有機被膜と金属の最安定構造における周期境界モデルを組み合わせた複合体の下記全エネルギー値Ｅ１を分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算して化学結合を有しない複合体エネルギーを算出し、次に全エネルギーＥ１であるときの有機被膜と金属との最安定構造を初期配置として、複合体の下記全エネルギー値Ｅ２を分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算して化学結合した複合体エネルギーを算出し、次いで得られたＥ２およびＥ１の値から金属表面に対する有機被膜の接着力である差分エネルギーＥ＝Ｅ２−Ｅ１を算出することからなる金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法としたのである。
Ｅ１＝（金属表面の周期境界モデルのポテンシャルエネルギー値−有機被膜モノマーモデルのポテンシャルエネルギー値）
Ｅ２＝（金属表面の周期境界モデルのポテンシャルエネルギー値−有機被膜モノマーモデルのポテンシャルエネルギー値）
【００２０】
上記した工程からなるこの発明の金属表面に対する有機被膜の接着力の数値解析方法では、化学結合を有しない複合体エネルギーＥ１であるときを初期配置として、再度、分子動力学に基づいて時系列で一定値に収束するまでコンピュータで計算して化学結合した複合体エネルギー値Ｅ２を算出し、これらのエネルギーの差分を求めるという比較的計算回数の少ない手段により、比較的短時間に結合エネルギーを求めることができる。
【００２１】
すなわち、この計算では金属表面上で有機被膜が安定した配置をとる第１段階と、さらに安定する第２段階とのエネルギー差が結合エネルギーであるという発想に基づき、系全体のエネルギーとその挙動から結合エネルギーを簡単かつ確実に求めることができる。
【００２２】
金属表面に関してその結晶状態でのモデルの構築は、単位セルのＹ方向である原子層厚さを３層以上とすることが好ましく、そのようにすると金属表面の特性を正確に現れるシミュレーションを行える。
【００２３】
また、ＸＺ方向の大きさを有機被膜モノマーモデルより２〜２．５倍の大きさとした周期境界モデルを構築して行なうことが好ましく、そのようにすると後述する分子動力学計算を行なうときに基本セルと呼ばれる周期境界モデルが有機被膜の１分子モデル（モノマーモデル）の最長幅よりも充分に大きくなり、基本セル内で有機被膜同士の相互の影響をなくして、金属との接着状態を精密に解析することができ、計算速度も速まる。
【００２４】
分子力学法に基づくポテンシャルエネルギー（Ｅ）は、以下の式で示すことが実際に則して正確であり好ましい。
【００２５】
Ｅ＝ＥＲ＋Ｅθ＋Ｅφ＋Ｅω＋ＥＶＤＷ＋Ｅｅｌ
（式中、ＥＲは距離Ｒを隔て結合している二つの原子間の結合伸縮エネルギー、Ｅθは結合角θに対する結合変角エネルギー、Ｅφはねじれ回転に伴うねじれ角をパラメータとするねじれエネルギー、Ｅωは２面角ωに対する反転エネルギー、ＥＶＤＷはファンデルワールスエネルギー、Ｅｅｌは静電相互作用エネルギーを表す。）
【００２６】
次に、有機被膜と周期境界モデルを組み合わせた最安定構造モデルの全エネルギー値を分子動力学に基づいて一定値に収束するように繰り返し計算することにより、時系列で最安定構造モデルを所定の形態に変化させることができ、その挙動をコンピュータでシュミレーションすることができる。
【００２７】
これにより、金属表面と有機被膜化合物との化学結合が形成される原子を選択する様子や、金属表面と有機被膜化合物との結合距離や位置（座標）の情報が明らかになり、それらの解析結果として、結合部位、金属表面からの距離および結合原子を予測するという化学結合挙動解析と、化学結合モデルの全エネルギーＥ１の算出ができる。
【００２８】
このような金属表面と有機被膜化合物との結合距離や位置の情報を得る場合に、有機被膜がトリアジンチオール化合物であり、また、金属がマグネシウムまたはマグネシウム合金である場合にも正確な情報の得られることが判明している。
【００２９】
この発明における金属とは、その表面が空気中で酸化されている状態のものをも含めていうものであり、たとえば酸化マグネシウムその他の金属酸化物に対する有機被膜を形成する場合でもそれらの結合状態を解析することができる。
【００３０】
次に、金属表面と有機被膜化合物との結合距離すなわち位置設定により、化学非結合モデルを構築してその全エネルギーＥ２の算出を行なう。
【００３１】
そして、得られたＥ２およびＥ１の値から金属表面に対する有機被膜の接着力である差分エネルギーＥ＝Ｅ２−Ｅ１を算出するのである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
この発明の金属表面の有機被膜の接着力の数値解析方法は、その工程を図１に示すように、先ず、解析の対象とする金属と有機被膜のそれぞれについて、原子または分子レベルでのモデルを構築する。
【００３３】
この発明で解析の対象となる金属は、金属の種類を問わずその全般に関していう。また、金属と有機被膜の各材料種の組み合わせは、例えば耐食性、絶縁性、耐熱性、装飾性などに対応するように選択すれば、経験的な見地からある程度は選択できるものであり、それらをさらにコンピュータシミュレーションの手法で出力画像や計算値またはグラフなどにして評価する。
【００３４】
まず、有機被膜化合物のモノマーモデルに対して分子力学法に基づくポテンシャルエネルギーを計算し、そのエネルギーの最小値である最安定構造を求める。
【００３５】
ここで分子力学法とは、原子の持つ特性や分子を形成する時における原子同士の結合に関し、実験より得られた経験的条件（原子量・原子半径・結合次数・原子間結合距離等）を設定し、この設定をパラメータとして、目的とする有機被膜化合物モノマーモデルを形成し、その形成した分子構造に関するエネルギー（分子内及び分子間相互作用）をニュートンの運動方程式に従い、その分子構造のエネルギーの最も低い状態を繰り返し計算により求める方法である。
【００３６】
そして、得られた分子構造のエネルギーが最も低い状態の分子構造モデルを、目的とする有機被膜化合物モノマーの実際に存在するものに近い状態として模擬的に表現する。
【００３７】
次に有機被膜を形成する対象の金属表面モデルを構築するが、その際に空気中で存在する実際の金属表面の態様（表面が金属酸化物となっている状態）に則して構築することが好ましい。
【００３８】
図２に示すように、分子設計支援技術を利用した金属表面モデルの構築方法では、対象となる金属について、結晶状態で原子層厚さ（Ｙ方向）を３層以上とした周期境界モデルを構築することが好ましい。
【００３９】
その際、金属表面上に施工する有機被膜化合物の１分子モデルの最長幅よりも数倍大きいサイズ（ＸＺ方向、図２では３倍）での金属表面モデル（単位セルＣ）を構築する。
【００４０】
このように金属表面モデルとなる単位セルを計算単位として構築するが、後の工程で分子動力学計算を実行するために、金属−有機被膜界面に関する周期境界条件モデルを構築するが、その際に基本となる分子の集合体モデル（基本セル）での有機被膜化合物分子同士の相互作用の影響を無くすることができるような充分に大きいサイズの金属表面モデルを構築する。
【００４１】
ここでいう周期境界条件とは、基本となる分子の集合体モデル（基本セル）を形成し、仮想的にその基本セルを３次元方向（ＸＹＺ方向）に繰り返し無限に配置することによって、実際に存在する状態や被膜形成時の挙動に近似させるための条件である。
【００４２】
実際には、金属表面モデル上へ有機被膜化合物が固定されていく挙動は、金属原子と有機被膜化合物との化学結合の形成によるものである。
【００４３】
その際、金属表面での有機被膜化合物との化学結合状態については、金属表面と有機被膜化合物との化学結合が形成される原子が選択され、さらに金属表面と有機被膜化合物との原子間の結合距離が所定距離で安定した状態である。これらの挙動は、原子の座標と速度の関係で数式で表されるから、分子設計支援技術を用いたコンピューターシミュレーションで予測できるのである。
【００４４】
すなわち、形成した周期境界条件を満足する分子の集合体モデル（基本セル）について分子力学法を用いた計算（コンピューターシミュレーション）によって基本となる分子の集合体（基本セル）のエネルギー的に低い状態、つまり分子構造（分子内の構造配置や基本セル内の分子の配置）に関して実際に存在しうる状態を計算によって求める。
【００４５】
分子構造のエネルギーが最も低い状態の分子構造モデルを用いると、被覆対象の金属表面上における有機被膜化合物との界面条件が実際に存在するものに近い状態になることが判明しており、その後で分子動力学法を用いて計算する際に、パラメータも共通化して計算時間も短縮できる。
【００４６】
次に、周期境界条件を付加した基本となる分子の集合体（基本セル）モデルに関し、分子動力学法により圧力・温度・構成エネルギー等の計算条件を設定し、時系列変化による構築モデルの挙動を計算する。
【００４７】
この際、計算対象となる金属表面上における有機被膜化合物の化学結合挙動解析の計算条件により、分子動力学法の条件設定は、１回の繰り返し計算単位を０．１〜１ｆｓ（フェムトセカンド）とし、繰り返し計算回数を数万〜数百万回（例えば２万〜６百万回）、実時間に換算して数百〜数千（例えば２百〜６千）ｐｓ（ピコセカンド）相当の計算を行なうことで、分子動力学法計算機シミュレーションによる、金属表面上における有機被膜化合物の化学結合挙動についての時間に対する粒子（原子・分子）の位置と速度等の情報（時系列変化情報）を得ることができる。
【００４８】
このようにして得られた時間に対する粒子（原子・分子）の座標と速度の情報によって、分子構造の持つエネルギー、原子・分子運動に関する運動エネルギー、分子間相互作用に関するエネルギー等が定量的に算出され、それら定量的な数値が、金属表面上における有機被膜化合物の化学結合挙動の平衡状態を評価する判断基準となる。
【００４９】
特に、分子設計支援技術によるコンピューターシミュレーション手法によって金属表面上における有機被膜化合物の界面挙動に関する系全体の全エネルギーが、ある一定値に収束することを確認されたときに、金属表面上における有機被膜化合物の界面挙動は平衡状態になったと判断できる。
【００５０】
具体的には金属表面上における有機被膜化合物に関する界面構造平衡状態モデルから、金属表面と有機被膜化合物の化学結合座標を算出し、金属表面上における有機被膜化合物に関する化学結合部位を決定する。
【００５１】
その金属表面と有機被膜化合物に関する化学結合部位について、金属表面と有機被膜化合物との原子間の結合距離が、結合している状態において電子顕微鏡などで測定され、または物理化学的に算出される距離（例えば１〜５Å）を超えるか、または越えない条件を設定することにより、化学結合モデル及び化学結合を有さないモデルを構築する。
【００５２】
それら化学結合モデル及び化学結合を有さないモデルに関し、分子動力学計算を実行する。その際、分子動力学法の計算条件設定として、圧力・温度・構成エネルギー等の計算条件を設定し、時系列変化による構築モデルの挙動を計算し、平衡状態になるまでの分子動力学計算を実行する。
【００５３】
得られた金属表面−有機被膜化合物界面に関する化学結合モデル及び化学結合を有さないモデルそれぞれについて、平衡状態時の系の全エネルギーＥ１、Ｅ２を計算し、それらの差分エネルギーＥ＝Ｅ２−Ｅ１から接着力を算出する。
【００５４】
【実施例】
分子設計支援技術による金属表面における有機被膜形成に関する挙動解析および接着力の数値解析を実施するにあたり、コンピューターシミュレーションの対象とする物質として、金属をマグネシウム（Ｍｇ）とし、有機被膜化合物についてはトリアジンチオール化合物を用いた。
【００５５】
トリアジンチオール化合物は、有機被膜として金属表面に数〜数十ｎｍ（ナノメートル）の厚さで、金属表面の耐食性、耐候性、撥水性等の性能を付与する物質である。
【００５６】
分子力学法及び分子動力学法シミュレーションには、市販ソフトウェア「Ｃｅｒｉｕｓ２」（アクセルリス（Ａｃｃｅｌｒｙｓ）社製）を用い、同ソフトウェアに既定の各種条件設定パラメータを用いた。このソフトウェアを動作させるための計算機は、ＳＧＩ社製のコンピューター「Ｏｃｔａｎｅ」「Ｏｒｉｇｉｎｅ２０００」を用いた。
【００５７】
まず、下記の化１の一般式で示されるような有機被膜化合物（トリアジンチオール化合物）の基本モデル（具体例を化２の５つの式で示した。）を、分子設計支援技術を用いたコンピューターシミュレーション上で構築した。
【００５８】
【化１】
2004302589.tif 000003
【００５９】
【化２】
2004302589.tif 000004
【００６０】
この有機被膜化合物（トリアジンチオール化合物）について、分子力学法を用いたシミュレーション計算により、基本となる分子構造のエネルギー的に低い状態、つまり分子構造（分子内の構造配置）に関して実際に存在しうる状態に関する計算を実行した。
【００６１】
その際、原子の持つ特性や分子を形成する時における原子同士の結合に関し、実験より得られた経験的条件（原子量・原子半径・結合次数・原子間結合距離等）設定等のパラメータは、市販ソフトウェア「Ｃｅｒｉｕｓ２」（Ａｃｃｅｌｒｙｓ社製）において付属して導入されているのものを用いた。
【００６２】
次に、実際のマグネシウム（Ｍｇ）の金属表面について、図３〜５に示すような基本モデルを、分子設計支援技術を用いたコンピューターシミュレーション上で構築した。
【００６３】
すなわち、図３に示すように、マグネシウム表面の空気中での自然酸化状態に対応させて酸化マグネシウム（ＭｇＯ）について、原子（金属）層（Ｙ方向厚さ）を３層以上とした周期境界モデルを構築した。
【００６４】
ここでは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の金属表面モデルの大きさを決定するにあたり、前述の有機被膜化合物（トリアジンチオール化合物）の分子力学法を用いたシミュレーション計算により、基本となる分子構造のエネルギー的に低い状態、つまり分子構造（分子内の構造配置）に関して実際に存在しうる状態に関する計算を実行した結果の基本モデルについて、その分子構造の最大長さ（例えば化２ではｄ０で示した。）の２．５倍以上の広さ（ＸＺ方向）（図５中に幅ｄで示した。ｄ≧２．５ｄ０）の金属表面を形成した。
【００６５】
次に形成した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の空気中における表面状態モデル（酸化マグネシウム（ＭｇＯ）格子定数４．２１Å）について、分子力学法を用いたシミュレーション計算により、基本となる分子構造のエネルギー的に低い状態、つまり分子構造（分子内の構造配置）に関して実際に存在しうる状態に関する計算を実行した。この場合も、実験より得られた経験的条件（原子量・原子半径・結合次数・原子間結合距離等）設定等のパラメータは、市販ソフトウェア「Ｃｅｒｉｕｓ２」（Ａｃｃｅｌｒｙｓ社製）に既定のものを用いた。
【００６６】
また、周期境界条件モデルを形成する際、ＸＹ方向における、金属表面モデルの相互作用の影響を無くすと共に、有機被膜化合物の挙動に影響の無いほど十分な空間を確保するため、金属表面上に真空層（ＬＶａＣ）を形成した。
【００６７】
図６に示すように、真空層の厚さは、分子設計支援技術を用いた分子動力学計算により経験的に算出するが、金属表面厚さの数倍（例えば２〜６倍）以上の真空層厚さを形成することが望ましい。
【００６８】
次に、図７に示すように、金属表面上に有機被膜化合物１分子を配置した。その配置方法としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）における有機被膜化合物（トリアジンチオール化合物）との化学結合が形成されると考えられる空間座標に配置し、これを初期配置とした。
【００６９】
すなわち、酸化マグネシウムのマグネシウム（Ｍｇ）原子上に有機被膜化合物（トリアジンチオール化合物）を配置すると、そのチオール基（−Ｓ基）は、酸化マグネシウムの上方約１．５Å（オングストローム）以上の距離まで接近し、トリアジンチオール化合物は金属表面（ＸＺ面）に垂直（Ｙ方向）に配置された。
【００７０】
このようにして初期配置モデルを形成した後、分子動力学計算を実行した。分子動力学計算を実行する上での計算条件としては、酸化マグネシウム表面におけるトリアジンチオール化合物の挙動解析に関し、以下のような条件を付与した。
【００７１】
まず、金属表面上での有機被膜化合物の平衡状態を得るために十分な繰り返し計算回数６００００ｓｔｅｐｓに設定した。そして、平衡状態モデルであると判断する数値基準として、系の全エネルギーが一定値に収束することで判断した（図８と同じ）。
【００７２】
ここでいう全エネルギーとは、分子動力学計算によって得られる系全体（金属表面−有機被膜化合物）のエネルギーのことである。
【００７３】
図８に示すように、この実施例においては、およそ６００００回数（ｓｔｅｐｓ）以上であれば、ほぼ平衡状態に達するので、好ましい計算回数であることが判明した。このような分子動力学計算における適当な繰り返し計算回数は、予備計算を実行した後、系における総原子数に関連させて決定すればよい。
【００７４】
これら算出された系全体（金属表面−有機被膜化合物）における周期境界条件を付加した分子の集合体（基本セル）モデルに関し、時間に対する粒子（原子・分子）の位置と速度等の情報において、分子構造全エネルギー値（＝金属表面の周期境界モデルのポテンシャルエネルギー値−有機被膜モノマーモデルのポテンシャルエネルギー値）について、時間に伴う変化が無くほぼ一定値に収束した値を確認した。
【００７５】
このとき、系の全体（金属表面−有機被膜化合物）における周期境界条件を付加した分子の集合体（基本セル）モデルに関して、構築された周期境界条件の基本セルの原子・分子位置に平衡化が行なわれた状態と判断できた。
【００７６】
以上のようにして得られた分子動力学計算による金属表面上の有機被膜化合物の軌跡データ（トラジェクトリーファイル）を分析する。
【００７７】
このようにすると、空気中のマグネシウム金属表面におけるトリアジンチオール化合物の挙動に関し、酸化マグネシウム表面における平衡状態に達する際のジオメトリデータ（座標データ）を得ることができる。
【００７８】
次に、図９は、得られた空気中のマグネシウム金属表面におけるトリアジンチオール化合物の平衡状態のジオメトリデータ（座標データ）により、酸化マグネシウム上のトリアジンチオール化合物の化学結合の形成位置データを示すコンピュータシミュレーション画像（Ｃｅｒｉｕｓ２のビジュアライザー）であり、化学結合を形成する位置を結合部位として金属表面からの距離および結合原子を算出して示したものである。
【００７９】
次に、図１０、図１１に示すように、酸化マグネシウム表面上においてトリアジンチオール化合物が化学結合を形成すると考えられる位置（結合部位・金属表面からの距離・結合原子）で、化学結合を有するモデル（図１０）と化学結合を有さないモデル（図１１）を構築し、コンピュータシミュレーション画像（Ｃｅｒｉｕｓ２のビジュアライザー）で示した。
【００８０】
各図のモデルを構築する際には、分子動力学計算を実行する上での計算条件として、酸化マグネシウム表面におけるトリアジンチオール化合物の結合力評価方法に関し、以下のような条件とした。
【００８１】
すなわち、金属表面上での有機被膜化合物の平衡状態を得るために十分な繰り返し計算回数を設定すること、平衡状態モデルであると判断する数値基準として、系の全エネルギーが一定値に収束することで判断すること、および全エネルギーとして、分子動力学計算によって得られる系全体（金属表面−有機被膜化合物）のエネルギーとすることである。
【００８２】
分子動力学計算における繰り返し計算回数については、予備計算を実行したのち、系における総原子数に影響するが、実施例においては、およそ６０，０００回数（ｓｔｅｐｓ）以上とし、これによりほぼ平衡状態に達した。
【００８３】
また、得られた系の全エネルギーに関し、以下のような関係式により、金属表面における有機被膜化合物の界面結合力を算出した。
Ｅａｄｓ＝Ｅｂｏｎｄ−Ｅｎｏｎｂｏｎｄ
（ただし、式中は、Ｅａｄｓ：結合エネルギー（ｋｃａｌ／ｍｏｌ）
Ｅｂｏｎｄ：化学結合モデルの全エネルギー  （ｋｃａｌ／ｍｏｌ）
Ｅｎｏｎｂｏｎｄ：化学結合無しモデルの  全エネルギー  （ｋｃａｌ／ｍｏｌ）である。）
【００８４】
以上により、酸化マグネシウム表面におけるトリアジンチオール化合物に関する界面結合力エネルギー値は、以下の表に示すように算出された。
【００８５】
【表１】
2004302589.tif 000005
【００８６】
このようにして金属表面における有機被膜化合物に関する界面接着性に関し、分子設計支援技術によるコンピューターシミュレーションによる結合力の数値解析を行なうことが可能となった。
【００８７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、解析対象の金属表面および有機被膜を構成する原子または分子のポテンシャルエネルギーを分子力学法に基づいて求め、かつ最安定構造モデルの全エネルギー値を分子動力学に基づいて一定値に収束するようにコンピュータでシュミレーションし、さらに化学結合した複合体エネルギー値を算出し、これらのエネルギーの差分を求めるという比較的計算回数の結合性や密着性の評価に関してコンピューターシミュレーション手法で数値解析できるので、結合性の良い有機被膜化合物の研究開発に要する期間を短縮でき、開発コストを低減可能な金属−有機被膜の接着強度数値解析方法であるという利点がある。
【００８８】
また、金属表面における有機被膜化合物の界面に関する化学結合特性について、種々の目的性能を得るための有機被膜化合物の分子構造設計に利用できる接着力の解析方法であるともいえる。
【００８９】
さらにまた、この発明の方法は、コンピューターシミュレーションによる金属−有機被膜化合物界面構造に関し、その化学結合の挙動と接着力解析を行なうことにより、有機被膜化合物の分子構造の特性および目的性能を満たす影響因子の特定、並びに分子構造特性情報を得るために利用価値の高いものであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施形態を示す解析方法各工程の流れ図
【図２】金属の周期境界モデルを説明する模式図
【図３】酸化マグネシウムの周期境界モデルを立体的に説明する模式図
【図４】酸化マグネシウムの周期境界モデルのＹ方向の厚みを説明する模式図
【図５】酸化マグネシウムの周期境界モデルのＸＺ面方向の原子配列を説明する模式図
【図６】酸化マグネシウムの周期境界モデルを重ねて立体的に説明する模式図
【図７】トリアジンチオール化合物の酸化マグネシウム上の配置を説明する模式図
【図８】系の全エネルギーと計算回数との関係を示す図表
【図９】酸化マグネシウム上のトリアジンチオール化合物の化学結合状態を示す模式図
【図１０】酸化マグネシウム上のトリアジンチオール化合物の化学結合状態を示す模式図
【図１１】酸化マグネシウム上のトリアジンチオール化合物の非結合状態を示す模式図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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