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

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）中口服的。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，但是已经找到了较大的量级计算，因此已经确定了一个较大的量级。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。

项目成果

Influence of an external electric field on the rupture force of decane, 4-decanone, and dicumyl peroxide molecules: Computational insight

• DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103928
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Materials Today Communications
• 影响因子: 3.8
• 作者: S. Iwata;H. Uehara;T. Okamoto;Tatsuo Takada

Partial Discharge Current Measurements With Small Discharge Gaps Over Polyimide Film

聚酰亚胺薄膜上小放电间隙的局部放电电流测量

• DOI: 10.1109/tdei.2022.3226133
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation
• 影响因子: 3.1
• 作者: Okamoto Tatsuki;Uehara Hiroaki
• 通讯作者: Uehara Hiroaki

Electric Field and Temperature Characteristics of Accumulated Charge Amount in Several Polymeric Insulating Materials Using Q(t) Method and Quantum Chemical Calculation

采用Q(t)法和量子化学计算几种高分子绝缘材料中累积电荷量的电场和温度特性

• DOI: 10.1109/ceidp55452.2022.9985349
• 发表时间: 2022
• 期刊: Annual Report - Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, CEIDP
• 作者: Uehara H.;Okamoto T.;Sekii Y.;Iwata S.;Takada T.
• 通讯作者: Takada T.

高電圧研究室（植原研究室）

高电压实验室（上原实验室）