| 研究課題/領域番号 |
19K04352
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
門脇 一則 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (60291506)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 低密度ポリエチレン / 空間電荷 / スパイク電流 / キャリア移動度 / ultra fast charge |
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| 研究実績の概要 |
研究実績の概要
ポリエチレン中のUltra fast charge のキャリア源とその伝導機構
雰囲気や温度が制御された容器内に置かれ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。観察結果から各種イオンの移動度を定量的に算出することにより，スパイク状のパルス電流が検出される原因ではないかと考えられているUltra Fast Charge の存在を確認する。一方で我々は，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。これらの実験事実は，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，バルク内で凍結したように動けなくなっている電荷が混在していることが示唆される。この不思議な現象の理解も含めて，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。
これまでは，室温下での空間電荷と電流測定しかできていなかった。これまでの実験で，温度上昇とともにスパイク電流の発生頻度は上昇することがわかっている。そこで１年目は，高温下での空間電荷と電流を測定できるよう，加温装置を空間電荷分布測定装置に組み込んだ。加温状態での空間電荷分布と電流を測定し，これまでの室温での観測結果と比較した。 60℃の場合，印加電界の上昇に伴って移動度が低下する傾向は認められず，さらにスパイク電流の発生頻度も上昇することを明らかとした。様々な温度での定常電流と空間電荷分布の計測結果から，移動度は電界と温度の両方の関数で表されることがわかってきた。これらの実験的研究と並行して，高速で動く微小空間電荷群の観測精度を高めるための研究も推進してきた。ポリエチレン中を伝搬する圧力波の減衰過程を，粘弾性の物理を考慮したモデルで再現できることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
概要の項にて記載のとおり，2019年度（１年目）においては，加温状態での空間電荷分布と電流を測定し，これまでの室温での観測結果と比較した。 60℃の場合，印加電界の上昇に伴って移動度が低下する傾向は認められず，さらにスパイク電流の発生頻度も上昇することを明らかにすることができた。様々な温度での定常電流と空間電荷分布の計測結果から，移動度は電界と温度の両方の関数で表されることがわかってきた。これらの研究成果を第50回電気電子絶縁材料システムシンポジウム（2019年9月）にて発表した。空間電荷分布測定の分解能向上を目的として開発したセンサの特性について，電気学会論文誌に投稿し掲載された。空間電荷分布計測における音波の減衰のシミュレーションについても上記シンポジウムで発表した。さらにその内容を発展させた論文を，電気学会やIEEEの論文誌に投稿中である。2020年9月に開催予定の国際会議（International Symposium of Electrical Insulating Materials）での発表も決まっている。
以上が，おおむね順調に進展している理由である。
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| 今後の研究の推進方策 |
雰囲気や温度が制御された容器内に置かれた低密度ポリエチレンシートにメッシュ電極を通じて，任意のイオンを強制的に注入できる装置を設計・製作する。この装置を用いて，各種空間電荷の挙動を高時間分解観察する。観察結果から各 種イオンの移動度を定量的に算出することにより，それらがUltra Fast Charge の起源となる可能性について検証する。最初は，空間電荷分布計測をする前に，キャリア注入直後からの電流の過渡的変化を計測する。Time of Flight 法と同様の考え方で，ポリエチレン内部の高電界領域を通過するイオンの移動度を大まかに見積もる。その後，パルス静電応力法を用いて空間電荷挙動を観測する。「早い電荷と遅 い電荷の違いは何なのか。」これらの疑問を今後の研究で明らかにしたい。
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