2020 Fiscal Year Annual Research Report
Rational Design of Electrical Properties of Polymers
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18K18848
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 正寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40805769)
三宅 弘晃 東京都市大学, 理工学部, 教授 (60421864)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 分子動力学計算 / Time of flight / Pulsed electro-acoustic / 移動度 / 絶縁材料 / ポリマー / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、脱炭素社会に向け、次世代電力グリッドに使用する直流用絶縁材料開発を目指し、絶縁材料の電気物性を第一原理的に計算する多階層モデリング法を開発し、その高度化を行った。また、絶縁材料の特に電荷移動に関する電気物性である電荷移動度の測定を行った。
計算においては、種々絶縁材料中の電荷移動特性を求めることに成功した。特に、非晶領域や高次構造を有する高分子材料について、そのモルフォロジーの差異による電荷移動特性の差を計算によって予測できるようになったことは特筆に値する。また、同シミュレーション方法の計算コストを低減するための、アルゴリズムの選定や物理的に妥当なポリマーのモデル化方法を明らかにした。さらにこれらに加えて、ポリマーを母材として、そこに無機フィラーを添加したポリマーコンポジット材料の電気特性に関する検討を行うことができた。
実験においてはPulsed electro-acoustic (PEA)法およびTime-of-flight(TOF)法の二種類の測定を行うべく、装置設計からはじめ、データ取得に成功した。これらの二種類の測定を併用することでポリマーのモルフォロジーの差異による電荷移動度の違いを明らかにすることができた。具体的には、PEA法およびTOF法によって、それぞれ、多階層性に応じて発現する「遅い」移動度と「速い」移動度を測定することに成功した。
計算結果と実験結果は良好に一致し、開発いたシミュレーション方法の有効性が示された。
また、これらの結果を受け、機械学習法による電荷移動特性予測に必要なパラメータを抽出することに成功した。
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Research Products
(2 results)
