Multiscale analysis of nanocomposite insulation materials and clarification of mechanism of insulation enhancement

纳米复合绝缘材料的多尺度分析及绝缘增强机理的阐明

基本信息

批准号：
22H01473
负责人：
尾崎良太郎
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01473/
关键词：
絶縁材料空間電荷移動度シミュレーション

项目摘要

本研究は、ナノコンポジット絶縁材料の特性を、近年発展が目覚ましい有機半導体の知見と技術を使って解析することが目的である。2022年度は、低密度ポリエチレン（LDPE）にフィラーを入れた場合のマクロスケールのシミュレーションを構築するために、酸化鉄(III)（Fe2O3）フィラーを添加したLDPEを用いて実験を行い、データを収集した。フィラー添加による物性値の変化を調べるために、無添加のLDPEを基準として、0.05%から0.25%のフィラー濃度を上げたサンプルを用意して、高電圧印加時の電流値と試料内部の空間電荷を測定した。Fe2O3フィラーの濃度が上昇すると空間電荷の蓄積が抑制され、電流値は上昇した。これらの変化をシミュレーションで再現するために、各条件でのパラメーターの移り変わりを調べた。しかしながら、電流を上昇させるパラメーターは複数あるため、複数の可能性が残る結果となっている。これらを解決するために、2023年度は別のフィラーでも実験を行い、どのパラメーターが最も効いているかを調査する。また更に、現象論的なマクロスケールなシミュレーションだけではなく、電子の輸送を考えたモンテカルロシミュレーションも行った。今年度は、Miller-Abraham型のホッピングレートに基づくモンテカルロシミュレーションを開発し、フィラーが入っていないLDPEの高電界下での絶縁材料の移動度を検討した。シミュレーションは、高電界領域において移動度が下がる傾向を示したが、実験結果の方がより移動度が小さくなるため、現在の仮定しているシミュレーション条件だけでは十分ではなく、絶縁材料により適したモデルを構築する必要がある。上記の空間電荷シミュレーションとは別に、圧力波を用いた空間電荷計測の精度向上のために、圧力波の伝搬シミュレーションも開発した。

本研究的目的是利用近年来取得显着进展的有机半导体知识和技术来分析纳米复合绝缘材料的性能。在 2022 财年，我们将使用含有氧化铁 (Fe2O3) 填料的 LDPE 进行实验并收集数据，以便建立低密度聚乙烯 (LDPE) 中添加填料时的宏观模拟。为了研究由于添加填料而引起的物理性能的变化，我们在不含添加剂的LDPE的基础上制备了填料浓度从0.05%增加到0.25%的样品，并测量了施加高电压时的电流值和样品内部的空间电荷。被测量。随着Fe2O3填料浓度的增加，空间电荷的积累受到抑制，电流值增加。为了通过模拟重现这些变化，我们研究了每种条件下参数的变化。然而，由于有多个参数会增加电流，因此仍然存在多种可能性。为了解决这些问题，我们将在 2023 年用不同的填料进行实验，以研究哪些参数最有效。此外，除了唯象宏观模拟之外，我们还进行了考虑电子输运的蒙特卡罗模拟。今年，我们开发了基于 Miller-Abraham 型跳跃率的蒙特卡罗模拟，并研究了绝缘材料在无填料的 LDPE 中高电场下的迁移率。仿真表明，在高电场区域迁移率趋于降低，但实验结果表明迁移率较低，因此目前假设的仿真条件不充分，需要更适合绝缘材料的模型。需要建造。除了上述空间电荷模拟之外，我们还开发了压力波传播模拟，以提高压力波空间电荷测量的精度。