電流積分法と分子動力学・量子化学計算による新規の直流高分子絶縁材料の分子設計

利用电流积分法和分子动力学/量子化学计算进行新型直流聚合物绝缘材料的分子设计

• 批准号: 22K05243
• 负责人: 植原 弘明
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Kanto Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05243/
• 关键词: 電流積分電荷法; 分子動力学計算; 量子化学計算; 直流高分子絶縁材料; 分子設計

2022年度の研究実績の概要は、以下のとおりである。①電流積分電荷法：6種類の高分子絶縁材料(LDPE、XLPE、PET、PI、PC、PEN)に対して、電界特性では1～100kV/mmまで、温度特性では20～80℃までの電荷蓄積特性を計測した。その結果、20℃では100kV/mmの電界を印加してもPET、PC、PENの試料内部に電荷が蓄積されることはなく、電極に誘起された電荷のみであることがわかった。一方、80℃ではPENを除くすべての試料で漏れ電流が支配的であった。この場合、電荷はLDPEおよびXLPEの無極性高分子絶縁材料が最も蓄積しやすく、PET、PI、PC、PENの有極性高分子絶縁材料では蓄積しにくいことがわかった。これらの成果の一部は、2022年10月に開催された国際会議（CEIDP2022）で口頭発表した。②分子動力学・量子化学計算：分子動力学計算に関しては、LDPEに酸化防止剤を約2wt%添加した計算は既に終了しているが、実際の電力ケーブル等では添加量が一桁少ない0.2wt%程度添加させていることが判明しているので、もう少し大規模計算が必要であると考えている。量子化学計算に関しては、LDPE、XLPE、PET、PI、PC、PENの重合度n=5までの量子化学計算をおこない、電界を印加すると、実質的なHOMO準位およびLUMO準位はフェルミ準位と同じ傾きで傾斜することがわかった。また、PENに焦点をあて、隣接する構成ポリマー（2,6-ナフタレンジカルボン酸(NDA)とエタン）が形成する深いトラップ準位（ホールトラップ、電子トラップ）がホールや電子の移動を妨げ、PEN内部での電荷蓄積を抑制することがわかった。これらの成果も、2022年10月に開催された国際会議(CEIDP2022)で口頭発表した。

Summary of research results for 2022:① Current integrated charge method: 6 kinds of polymer insulating materials (LDPE, XLPE, PET, PI, PC, PEN) are measured for their electrical characteristics from 1 to 100kV/mm and their charge accumulation characteristics at 20 to 80℃. The results showed that the charge accumulation in PET, PC and PEN samples was induced by 100kV/mm at 20℃, and the charge was induced by the electrode. The leakage current of the sample is dominated by the temperature of 80℃. In this case, charge accumulation in LDPE and XLPE nonpolar polymer insulation materials is the most common, and in PET, PI, PC, and PEN polar polymer insulation materials is the most common. The first part of the results of the conference will be presented orally at the International Conference (CEIDP2022) held in October 2022. Molecular dynamics and quantum chemistry calculation: molecular dynamics calculation is related to the addition of LDPE to prevent acidification. About 2wt% addition is necessary for large-scale calculation. Quantum chemical calculations related to the coincidence of LDPE, XLPE, PET, PI, PC, PEN n=5. Quantum chemical calculations related to the coincidence of LDPE, XLPE, PET, PI, PC, PEN n n=5. Quantum chemical calculations related to the coincidence of LDPE, XLPE, PET, PI, PC, PEN n n = 5. Quantum chemical calculations related to the coincidence of LDPE, XLPE, PET, PI, PC, PEN n n = 5. The focus of the PEN and the adjacent elements constitute a complex (2,6-NDA and NDA), which forms a deep level (NDA and NDA), which suppresses the movement of electrons and the accumulation of charge inside the PEN. The results of the conference will be presented orally at the International Conference (CEIDP2022) in October 2022.

项目成果

Influence of an external electric field on the rupture force of decane, 4-decanone, and dicumyl peroxide molecules: Computational insight

• DOI: 10.1016/j.mtcomm.2022.103928
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Materials Today Communications
• 影响因子: 3.8
• 作者: S. Iwata;H. Uehara;T. Okamoto;Tatsuo Takada

Partial Discharge Current Measurements With Small Discharge Gaps Over Polyimide Film

聚酰亚胺薄膜上小放电间隙的局部放电电流测量

• DOI: 10.1109/tdei.2022.3226133
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation
• 影响因子: 3.1
• 作者: Okamoto Tatsuki;Uehara Hiroaki
• 通讯作者: Uehara Hiroaki

Electric Field and Temperature Characteristics of Accumulated Charge Amount in Several Polymeric Insulating Materials Using Q(t) Method and Quantum Chemical Calculation

采用Q(t)法和量子化学计算几种高分子绝缘材料中累积电荷量的电场和温度特性

• DOI: 10.1109/ceidp55452.2022.9985349
• 发表时间: 2022
• 期刊: Annual Report - Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, CEIDP
• 作者: Uehara H.;Okamoto T.;Sekii Y.;Iwata S.;Takada T.
• 通讯作者: Takada T.

高電圧研究室（植原研究室）

高电压实验室（上原实验室）