ナノコンポジット転子を充填した傾斜機能誘電体の開発

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本研究では、高電圧電気絶縁材料として近年注目されているナノコンポジットに着目し、ナノ粒子の分散性と絶縁特性向上の関係について調査することを目的としている。はじめに、エポキシ中にナノ粒子を分散させるために超音波を照射する方法を適用し、超音波照射の条件を種々変化させたときの粒子分散性について定量化を行った。その結果、充填率5%までの条件において、超音波照射の有無によって、粒子分散性に違いが見られることを明らかにし、超音波照射によるナノ粒子分散性の向上効果がみられることを実験的に明らかにした。次に、超音波の周波数、出力、および照射時間を変化させて、ナノ粒子の凝集がどの程度抑制されるかを、電子顕微鏡画像から求めた。その結果、超音波の周波数を高くした場合に粒子分散性が向上されること、また超音波の出力よりも照射時間を長くすることによって、より粒子分散性の向上に効果が大きいことを明らかにした。また、粒子分散性を定量化する方法として、電子顕微鏡の2次元画像から画像解析を用いて、3次元的に分布する粒子の粒子サイズ分布を定量化する計算を行い、ナノサイズの粒子がどの程度含まれるかを定量的に明らかにすることができた。さらに、粒子分散性と絶縁材料特性との関係として、粒子分散性と誘電率との関係について実験的に調査した。その結果、粒子分散性が向上するほど誘電率が低下する傾向が見られることを明らかにした。一方で、粒子界面面積と誘電率との関係について定量化を試みたが、界面面積は粒子分散性と粒子の充填率の両者に関わるパラメータであることから、様々なナノ粒子の充填率に対して、界面面積と誘電率との関係についての明確な傾向を得ることはできなかった。