2014 Fiscal Year Research-status Report
高分子ナノコンポジットにおける電気トリー発生原理の解明と進展制御
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26630337
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
岩田 晋弥 地方独立行政法人大阪府立産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (10642382)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気トリー / X線CT / ポリマーコンポジット / 絶縁破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高分子コンポジット材料を対象とし、電気トリーの発生原理の解明と進展制御を目的としている。コンポジット材料においては、電気トリーの分岐が増え、内部構造も複雑になるため、3次元的な解析が重要である。平成26年度では、高分子材料への電気トリー発生試験装置を構築し、エポキシおよびエポキシ/シリカコンポジットへの電気トリー発生実験を行った。また、SPring-8におけるX線CTの断層撮影と画像再構成により、電気トリーの3次元的な構造観測に成功した。これにより、ナノメートルサイズで構造が制御されたシリカをエポキシ樹脂に混入させることで、電気トリーがBranch typeからBush typeへ変化することを3次元的に観測した。さらに、Branch typeとBush typeの電気トリーの体積変化を解析し、フラクタル次元の導出を行った。本研究では、計算機シミュレーションによる電気トリーの3次元的な再現も行った。Diffusion-limited aggregation modelおよびDielectric breakdown modelに基づく電気トリー描画アルゴリズムを作成し、計算機シミュレーションによる3次元的な描画を実現した。電気トリーの進展は、Laplace方程式に基づき電位を計算し、各進展方向への破壊確率に換算することで記述される。コンポジット材料では特定の格子点への進展確率が変化すると仮定することで、Bush typeの電気トリーを描画した。実験およびシミュレーションにおける電気トリーのフラクタル次元はよい一致を示し、3次元的な構造解析手法が確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究はおおよそ予定通り進行している。これは以下の理由によるものである。第一に、電気トリー発生試験およびX線CTによる構造観察実験がスムーズに進み、3次元的な解析と評価に成功したためである。これによって、コンポジット化による電気トリーの構造変化を3次元的に明らかにすることができた。第二に、計算機シミュレーションによる電気トリーの描画が可能となり、フラクタル次元解析が進んだためである。これらの成果は、電気学会全国大会（平成27年3月）において発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はフィラー効果の検討と電気トリー発生原理の考察を進める。現在、フィラーには金属酸化物微粒子を使用しているが、ナノチューブやナノワイヤーを用いた実験を予定している。平成26年度において、3次元的な評価手法が確立したため、これらを使用し電気トリー進展の抑制効果を確認する。また、樹脂内部におけるフィラーの分散性と電気トリーの発生条件、構造などの関係についても明らかにする。
電気トリーの発生は、微細空間内での放電現象によって説明できる。これまでに電気トリー発生の物理的なモデルがいくつか提案されているが、コンポジット材料に対するモデルは少ない。実験結果を基にモデルを検討し、電気トリー発生期におけるメカニズムや進展時間について考察を進める。
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