分子動力学に基づくナノインデンテーションシミュレーションを使用した有機結晶の機械的特性の正確な予測

有機結晶の機械的応答を予測する信頼性の高い方法を開発することは、医薬品からバイオ材料に至るまでの応用のために、柔軟で軽量、超高速なスマートダイナミック材料としての重要性が高まっているため、不可欠です。従来の実験的方法、たとえばナノインデンテーションは、シンプルさと効果的な利便性を提供しますが、表面の品質に関して制約があり、適切なサンプルの入手や成長した結晶面へのアクセスなど、他の実験的制約を受けます。量子力学や古典的な分子動力学（MD）を含む計算的アプローチは、サンプルに依存しない別のアプローチを提供しますが、その予測精度は大きく異なることが知られています。この予測ツールの不足を考慮して、本研究では、密度汎関数理論（DFT）、変形に基づくMDアプローチ、直接ナノインデンテーションシミュレーションの3つの主要な計算方法を、実験的ヤング率に対して体系的にベンチマークしました。私たちの結果は、MDシミュレーションによるインデンテーションのプロセスが最も実験に合致し、平均絶対誤差が最も低いことを示しています。分子間相互作用、結晶のサイズ、インデンター間隔、および除荷速度が、弾性率によって与えられる剛性を決定する重要な要因として特定されます。私たちの発見は、計算モデルに熱効果と実験条件の両方を組み込むことの重要性を強調し、機械的特性の評価のための信頼できるツールとしてのナノインデンテーションシミュレーションの可能性を浮き彫りにします。