摘要
高圧電気機器における電界分布の不均一によって引き起こされる絶縁材料の劣化および破壊問題を改善するために、本研究では磁場誘導による方向性付与によりSiCナノワイヤー/エポキシ樹脂複合材料の非線形導電特性を向上させる新たな方法を提案した。まず、SiCナノワイヤー表面に磁性のFe3O4ナノ粒子を担持させて磁場応答性を付与し、その後外部磁場の誘導下で硬化成形を行い、ナノワイヤーをエポキシ樹脂基体内で縦方向に規則的に配列させた。研究結果は、本手法で作製した方向性複合材料が低充填体積分率でも超高い非線形導電特性を示し、5%体積充填で非線形係数が最高30.88に達し、すべての方向性サンプルの非線形係数が15を超えることを示した。SiC@Fe3O4充填体積分率とFe3O4担持量を調整することで複合材料の閾値電界を効果的に制御できる。XPS分析と第一原理計算を組み合わせて、SiCとFe3O4の界面で電子の自発的な移動によって内部電場とショットキー障壁が形成され、この要因が非線形導電特性の主な原因であることを確認した。熱励起電流試験の結果は、Fe3O4担持量が深いトラップ準位を導入することで閾値電界の制御に影響を与えるメカニズムも明らかにした。本研究は高性能非線形導電絶縁材料の設計に向けた新しい製造戦略と理論的根拠を提供する。
关键词
エポキシ樹脂;炭化ケイ素ナノワイヤ;磁場方向性;非線形導電;ショットキー障壁