2021 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra Fast Conduction Mechanism of Space Charges in Polyethylene
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19K04352
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
門脇 一則 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (60291506)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 良太郎 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (90535361)
弓達 新治 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 助教 (40380258)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 空間電荷 / Ultra Fast Charge / 移動度 / ポリエチレン / スパイク電流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
任意の雰囲気中でコロナ帯電した低密度ポリエチレンシートに注入されたキャリアの挙動を，電流測定と空間電荷分布測定により観察する。観察結果からスパイク状のパルス電流が検出される原因と考えられているUltra Fast Chargeの存在を確認する。さらに我々は，直流電界下のポリエチレンを流れる定常電流が，印加電界の上昇と共に減少するという興味深い実験結果を得ている。以上は，ポリエチレン中には，極めて高速で移動する電荷が存在する一方で，バルク内で動けずにいる電荷も存在することを示唆している。これらの不思議な現象の機構を解明することで，ポリエチレンにおける電気伝導の物理を正しく理解することが本研究の目的である。初年度に，高温下での空間電荷と電流を測定し，温度上昇に伴い電流が上昇かつスパイク電流発生頻度も上昇するのに対し，バルク内の空間電荷は低下することを確認した。2年目に，各種イオン(酸素イオン，窒素イオン)がポリエチレン内に注入された時の電流と空間電荷分布を計測できる装置を用いて電流スパイク発生に対する雰囲気の影響を明らかにした。さらに電界依存性を有するキャリア移動度の式を用いた空間電荷シミュレーションを行い，バルク内に空間電荷群が蓄積され停滞する現象をシミュレーション上で再現できた。最終年度には，コロナ帯電時の電流測定結果から，電子成分の注入が電流スパイクの形成において重要な役割を果たしていることを明らかにした。さらに正イオン注入により電流スパイクが抑制されることを発見した。残念ながらPEA法における空間分解能と時間分解能の限界により，スパイク電流に対応すると思われるUltra Fast Chargeの挙動を観察するには至らなかった。これらの分解能を改善するための信号補正技術や音波解析技術についても検討を重ね，それらの研究成果についても発表した。
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