2021 Fiscal Year Final Research Report

Study of Hierarchical Structure Change of Polymers under Application of High Voltage and Dielectric Breakdown Mechanism

Research Project

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Project/Area Number	19H02782
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research Institution	公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部) (2021) Toyota Technological Institute (2019-2020)
Principal Investigator	Tashiro Kohji 公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部), あいちシンクロトロン光センター, 上席研究員 (60171691)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山元博子公益財団法人科学技術交流財団(あいちシンクロトロン光センター、知の拠点重点研究プロジェクト統括部), あいちシンクロトロン光センター, 技術研究員 (10423592) Mengfan WANG 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), ポストドクトラル研究員 (30817862)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	高分子 / 絶縁破壊 / 高電場 / 階層構造変化 / 放射光X線散乱 / 赤外スペクトル / 同時測定 / 高速時間分解測定
Outline of Final Research Achievements	Dielectric breakdown phenomenon of polymer materials is still unsolved well. The various mechanisms were proposed on the basis of the macroscopic observations. Most of them are speculative as long as the actual inner structural changes are not investigated. The present research is aimed at clarifying the hierarchical structure changes to occur under the application of external electric field, i.e., the changes of the crystal structures, the chain aggregations in the amorphous region, and the higher-order structure composed of crystalline and amorphous phases. The highly-time-resolved simultaneous measurements of the wide- and small-angle X-ray scatterings and FTIR spectra have been performed with the synchrotron radiation system for the electrically-active poly(vinylidene fluoride) subjected to the high electric field. The experiments were difficult because of the easy occurrence of the dielectric breakdown, but the various new phenomena and concepts have been extracted successfully.
Free Research Field	高分子構造物性相関
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	高電圧を与えた場合に生じる高分子フィルムの内部構造変化を様々の観点からX線散乱および赤外スペクトルの同時高速時間分解測定によって追跡したが、極めて特異な実験系であり世界的にも全く試みられたことのないテーマであった。測定データ、そこから抽出された構造変化やその機構の概念は電場印加時の階層構造変化を追跡する上で基礎科学的に重要なものである。工業的には、今後重要となる電気自動車における高電圧用コンデンサーの改良、ロボット工学における圧電センサーの誤作動防止、高電圧電線ケーブルの安全性向上など、絶縁破壊現象が常に付きまとっている我々の社会生活にも有用な知見としてフィードバックされると期待している。