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2011 年度 実績報告書

高分子・無機ナノコンポジットを用いた高性能絶縁材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23360142
研究機関早稲田大学

研究代表者

大木 義路  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70103611)

研究分担者 武田 京三郎  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40277851)
平井 直志  早稲田大学, 理工学術院, 次席研究員 (30329122)
キーワード誘電体 / イオンマイグレーション / ポリマーナノコンポジット / テラヘルツ時間領域分光 / 複素誘電率 / 誘電損率 / 誘電・磁性体
研究概要

我々のこれまでの研究により、ポリマーナノコンポジットが優れた誘電・絶縁特性を示すことが明らかとなった。この理由のひとつは、ポリマーマトリクスとナノフィラーとの界面の相互作用と考えられている。そこで、我々は分子の振動、あるいは分子間相互作用の解析に用いられているテラヘルツ領域に注目し,ポリマーナノコンポジットの良好な物性の発現機構を解明する一助として、ポリカプロラクトンに対してテラヘルツ時間領域分光(THz-TDS)測定を行った。
THz分光は、最近可能となった斬新な計測法であり、これを高分子の誘電特性の解明に用いた研究例は少ない。とくに、光強度のみならず、位相もわかるTDS測定は重要と考えている。
研究題目に掲げた高性能絶縁材料開発については、まずエポキシ樹脂絶縁プリント基板のエレクトロケミカルマイグレーション(=イオンマイグレーション)について、エポキシ樹脂にシリカナノフィラーを少量分散させることにより、陽極近傍での正電荷の移動を抑制でき、耐エレクトロケミカルマイグレーション性が向上することを見い出した。これについては、関連する他の研究助成での成果も含め、特許申請を準備している。
次に、強磁性体であるFeをナノ粒子化し、高い絶縁性をもつエポキシ樹脂に複合させ、低渦電流損、高誘電率、高透磁率を実現する新しい絶縁材料開発を目指している。表面処理剤としてオレイルアミンを利用し粒子の直接接触を防ぎ、超音波ホモジナイザーを利用し粒子を均一に分散させ、凝集を抑制することによって、これまでより高い誘電率、低い渦電流損、高い透磁率、高い強磁性共鳴周波数を実現している。
また、高分子中の種々の欠陥が禁制帯中の局在準位形成に及ぼす影響について、第一原理に基づく量子化学計算を行っており、とくに有極性基がもたらす影響について、いくつかの重要な知見を得た。

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

高性能絶縁材料開発について、関連する他の研究助成での成果も含めてのことであるが、特許申請を準備しているなど、研究は順調に推移している。

今後の研究の推進方策

今後は、より実用に役立つ技術を目指し、例えばパワー半導体モジュールの高性能化などにフォーカスして研究を進めたい。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Terahertz Spectroscopy as a New Tool for Insulating Material Analysis and Condition Monitoring2011

    • 著者名/発表者名
      Norikazu Fuse, Tsuguhiro Takahashi, Yoshimichi Ohki, Ryo Sato, Maya Mizuno, and Kaori Fukunaga
    • 雑誌名

      IEEE Electr. Insul. Mag

      巻: Vol. 27, No. 3 ページ: 26-35

    • DOI

      10.1109/MEI.2011.5871366

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Epoxy/BN Composites with High Thermal Conductivity and Sufficient Dielectric Breakdown Strength Part I. Sample preparation and Thermal conductivity2011

    • 著者名/発表者名
      Z.Wang, T.Iizuka, M.Kozako, Y.Ohki, T.Tanaka
    • 雑誌名

      IEEE Trans.Dielectr.Electr.Insul.

      巻: 18(6) ページ: 1963-1972

    • DOI

      10.1109/TDEI.2011.6118634

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Epoxy/BN Composites with High Thermal Conductivity and Sufficient Dielectric Breakdown Strength Part II-Breakdown strength2011

    • 著者名/発表者名
      Z.Wang, T.Iizuka, M.Kozako, Y.Ohki, T.Tanaka
    • 雑誌名

      IEEE Trans.Dielectr.Electr.Insul.

      巻: 18(6) ページ: 1973-1983

    • DOI

      10.1109/TDEI.2011.6118635

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dielectric properties of XLPE/SiO2 nanocomposites based on CIGRE WG D1.24 cooperative test results2011

    • 著者名/発表者名
      T.Tanaka, Y.Ohki, other 14 authors
    • 雑誌名

      IEEE Trans.Dielectr.Electr.Insul.

      巻: 18(5) ページ: 1482-1517

    • DOI

      10.1109/MEI.2011.5871366

    • 査読あり
  • [学会発表] フォトルミネセンス測定によるポリエチレンの局在準位評価と量子化学計算を用いた検証2012

    • 著者名/発表者名
      荒井友之, 細淵柾志, 武田京三郎, 大木義路, 布施則一
    • 学会等名
      平成24年電気学会全国大会
    • 発表場所
      広島工業大学(広島県)
    • 年月日
      2012-03-23
  • [学会発表] Experimental and Computational Characterization of Electronic Localized States in Polyethylene2012

    • 著者名/発表者名
      M.Hosobuchi, T.Arai, X.Xie, Y.H.Cheng, Y.Ohki
    • 学会等名
      平成24年電気学会全国大会
    • 発表場所
      広島工業大学(広島)
    • 年月日
      2012-03-23
  • [学会発表] プリント配線板用絶縁体の耐エレクトロケミカルマイグレーション性について空間電荷分布計測より得られるいくつかの知見2011

    • 著者名/発表者名
      大木、浅川、和田、廣瀬、田中、前野、岡本
    • 学会等名
      電気学会誘電・絶縁材料研究会
    • 発表場所
      電気学会本部(東京)
    • 年月日
      2011-12-13
  • [学会発表] ポリエチレンにおけるパケット状空間電荷の発生要因2011

    • 著者名/発表者名
      新井、鐘ヶ江、田中、大木、井上、村田、R.Chandupatla
    • 学会等名
      電気学会誘電・絶縁材料研究会
    • 発表場所
      電気学会本部(東京都)
    • 年月日
      2011-12-13
  • [学会発表] エポキシ樹脂と鉄ナノ粒子のコンポジットによる低損失磁性誘電材料の開発2011

    • 著者名/発表者名
      廣瀬雄一、長谷川大二、大木義路
    • 学会等名
      電気学会誘電・絶縁材料研究会
    • 発表場所
      電気学会本部(東京都)
    • 年月日
      2011-12-13
  • [学会発表] 量子化学計算を用いたポリエチレンの光劣化反応の解析2011

    • 著者名/発表者名
      荒井友之, 武田京三郎, 大木義路, 布施則一
    • 学会等名
      2011年度放電学会年次大会
    • 発表場所
      東京大学工学部(東京)
    • 年月日
      2011-11-26
  • [学会発表] ポリエチレンの酸化により現れる局在準位の量子化学計算による解析2011

    • 著者名/発表者名
      細淵柾志, 荒井友之, 謝小軍, 成永紅, 大木義路
    • 学会等名
      2011年度放電学会年次大会
    • 発表場所
      東京大学工学部(東京)
    • 年月日
      2011-11-26
  • [学会発表] THz Dielectric Spectroscopy as a Tool for Polymer Analyses2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Ohki, R.Sato, M.Komatsu, N.Fuse, M.Mizuno, K.Fukunaga
    • 学会等名
      TeraNano 2011
    • 発表場所
      大阪大学中之島センター(大阪府)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-25
  • [学会発表] Comparison of the Effects of Nanofiller Materials on the Dielectric Properties of Epoxy Nanocomposites2011

    • 著者名/発表者名
      J.Katayama, N.Fuse, M.Kozako, T.Tanaka, Y.Ohki
    • 学会等名
      IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena
    • 発表場所
      Cancun (Mexico)
    • 年月日
      2011-11-01
  • [学会発表] Space Charge Behavior of XLPE/Silica Nanocomposites under High Electric Field2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Arai, E.Kanegae, T.Tanaka, Y.Ohki, S.Sutton
    • 学会等名
      2011 International Symposium on Electrical Insulating Materials
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] Development of Composite of Epoxy Resin and Iron Nanopartieles as a Low Eddy-current Loss Magnetic Material2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Hirose, D.Hasegawa, Y.Ohki
    • 学会等名
      2011 International Symposium on Electrical Insulating Materials
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] Experimental and Numerical Analyses of Molecular Vibrations in Poly-caprolactone at Terahertz Frequencies2011

    • 著者名/発表者名
      M.Komatsu, R.Sato, Y.Ohki, M.Mizuno, K.Fukunaga, S.Saito
    • 学会等名
      2011 International Symposium on Electrical Insulating Materials
    • 発表場所
      同志社大学(京都)
    • 年月日
      2011-09-07

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公開日: 2013-06-26  

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