電流積分法と分子動力学・量子化学計算による新規の直流高分子絶縁材料の分子設計

利用电流积分法和分子动力学/量子化学计算进行新型直流聚合物绝缘材料的分子设计

• 批准号: 22K05243
• 负责人: 植原 弘明
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Kanto Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05243/
• 关键词: 電流積分電荷法; 分子動力学計算; 量子化学計算; 直流高分子絶縁材料; 分子設計; 電流積分電荷法; 分子動力学計算; 量子化学計算; 直流高分子絶縁材料; 分子設計

2022年度の研究実績の概要は、以下のとおりである。①電流積分電荷法：6種類の高分子絶縁材料(LDPE、XLPE、PET、PI、PC、PEN)に対して、電界特性では1～100kV/mmまで、温度特性では20～80℃までの電荷蓄積特性を計測した。その結果、20℃では100kV/mmの電界を印加してもPET、PC、PENの試料内部に電荷が蓄積されることはなく、電極に誘起された電荷のみであることがわかった。一方、80℃ではPENを除くすべての試料で漏れ電流が支配的であった。この場合、電荷はLDPEおよびXLPEの無極性高分子絶縁材料が最も蓄積しやすく、PET、PI、PC、PENの有極性高分子絶縁材料では蓄積しにくいことがわかった。これらの成果の一部は、2022年10月に開催された国際会議（CEIDP2022）で口頭発表した。②分子動力学・量子化学計算：分子動力学計算に関しては、LDPEに酸化防止剤を約2wt%添加した計算は既に終了しているが、実際の電力ケーブル等では添加量が一桁少ない0.2wt%程度添加させていることが判明しているので、もう少し大規模計算が必要であると考えている。量子化学計算に関しては、LDPE、XLPE、PET、PI、PC、PENの重合度n=5までの量子化学計算をおこない、電界を印加すると、実質的なHOMO準位およびLUMO準位はフェルミ準位と同じ傾きで傾斜することがわかった。また、PENに焦点をあて、隣接する構成ポリマー（2,6-ナフタレンジカルボン酸(NDA)とエタン）が形成する深いトラップ準位（ホールトラップ、電子トラップ）がホールや電子の移動を妨げ、PEN内部での電荷蓄積を抑制することがわかった。これらの成果も、2022年10月に開催された国際会議(CEIDP2022)で口頭発表した。

2022年研究结果的概述如下。 ①电流积分电荷法：对于六种类型的聚合物绝缘材料（LDPE，XLPE，PET，PI，PC，PEN，PEN），测量了电场特性1至100 kV/mm的电荷积累特性，对于温度特性，电场特性为20至80°C。结果，发现即使在20°C下施加了100 kV/mm的电场，宠物，PC或笔样品内也没有累积电荷，并且仅产生了电极中诱导的电荷。另一方面，在80°C下，除笔以外的所有样品中占主导地位。在这种情况下，发现电荷最有可能积聚在LDPE和XLPE的非极性聚合物绝缘材料中，并且它们不太可能在PEL，PI，PC和PEN的极性聚合物绝缘材料中积聚。其中一些结果是在2022年10月举行的国际会议（CEIDP2022）上口服的。②分子动力学和量子化学计算：关于分子动力学计算，大约2 wt％添加到LDPE的抗氧化剂的计算已经完成，但是已经确定了较大的量量，所以我们已经确定了较大的量级，所以我们的添加量是一定的。关于量子化学计算，执行了LDPE，XLPE，PET，PI，PC和PEN的量子化学计算，最高为n = 5，并且在应用电场时，发现与Fermi水平在同一斜坡上倾斜的实质性同金和Lumo水平。此外，在关注笔上，发现由相邻组成的聚合物（2,6-萘二苯乙烯二羧酸（NDA）和乙烷）形成的深陷阱水平（孔陷阱，电子陷阱）可防止孔和电子的运动，并抑制钢板内部的电荷积累。这些结果也在2022年10月举行的国际会议（CEIDP2022）上口头提出。