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研究生: 葉哲男
Yeh, Che-Nan
論文名稱: 聚二甲基矽氧烷鐵電駐極體之開發與應用
PDMS Ferroelectrets for Transducers
指導教授: 蘇育全
Su, Yu-Chuan
曾繁根
Tseng, Fan-Gang
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 聚二甲基矽氧烷鐵電駐極體
外文關鍵詞: PDMS, Ferroelectret
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  • 本研究成功的利用聚二甲基矽氧烷(PDMS)做為基材,透過均質乳化法製作多孔結構,進而以高電場促使空穴內部的空氣解離,並將極性相反的電荷植入儲存在空穴的上下表面,產生具備壓電特性的軟質高分子材料。傳統的壓電性高分子材料種類有限,加工與成形不便,與微製程相容性低,造成整合困難與應用受阻。本研究所開發的PDMS壓電材料具有製程簡單與相容性高的優點,可被廣泛應用於微機電系統中,做為機電訊號轉換的關鍵元件。在多孔結構的製作上,我們利用均質乳化法將水打散混入PDMS預聚體(pre-polymer)中,並引入介面活性劑以穩定所形成的油包水乳化結構,之後再加入固化劑並加熱使PDMS固化,此時水滴仍殘留在結構內部,最後再加熱使水滴蒸發離開PDMS結構而形成空穴。PDMS多孔結構的孔隙率可透過水含量加以控制,空穴的大小多在五微米以下。在電荷植入儲存的方面,使用數千伏特高壓脈衝在空穴內反覆放電可達到累積加成的效果,另外小空穴尺寸與高孔隙率更有助於整體電荷儲存量的提昇。製作所得的材料雛型則利用電荷放大器量測分析其壓電特性,純PDMS結構在充電後其壓電係數可達53 pC/N,若進一步在製作過程中於PDMS基材內混入諸如奈米粒子之類的異質材料,其壓電係數還可進一步提高(以加入氧化鐵為例其壓電係數可達80 pC/N以上)。透過製程整合,本研究所開發的PDMS壓電材料可望被應用於壓力感測器與環境能源擷取之類的應用。


    目錄 摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 表目錄 vii 圖目錄 viii 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 鐵電駐極體 2 1.2.1 壓電性與鐵電性 2 1.2.2 駐極體 4 1.3 駐極體極化方法 7 1.4 駐極體的應用 8 1.5 研究動機與目標 10 第2章 文獻回顧 11 2.1 人造鐵電駐極體的製作 11 2.2 矽樹脂荷電能力相關研究 12 2.3 多孔PDMS的製作 14 2.4 乳化均質研究 18 第3章 工作原理 20 3.1 結構製作 20 3.1.1 乳化均質機制 20 3.1.2 孔洞結構分析 21 3.2 放電現象探討 22 3.2.1 荷電情況 22 3.2.2 氣體放電原理 23 3.2.3 放電現象介紹 24 3.2.4 氣體崩潰電壓探討 25 3.2.5 材料極化方法 27 3.3 加強聚合物介電性質 29 3.4 結果分析 30 3.4.1 結構模型 30 3.4.2 壓電特性測量 31 第4章 實驗方法 33 4.1 實驗儀器介紹 33 4.2 實驗藥品介紹 33 4.3 PDMS製作 34 4.3.1 實驗多孔結構製作 35 4.3.2 奈米粒子混入實驗 36 4.3.3 PMMA模具製作 37 4.4 充電方法 38 4.5 量測方法 40 第5章 實驗結果與討論 44 5.1 多孔PDMS結構製作結果 44 5.1.1 PDMS多孔結構製作結果 44 5.1.2 奈米粒子混入後結構製作結果 51 5.2 充電結果 53 5.2.1 定性量測 54 5.2.2 使用已知壓電材料對量測電路校正 56 5.2.3 充電電壓結果比較 58 5.2.4 混入奈米粒子對充電結果影響 60 5.3 討論 62 第6章 結論與未來工作 64 6.1 結論 64 6.2 未來工作 64 文獻回顧 66

    文獻回顧

    [1] J. Lekkala, R. Poramo, K. Nyholm, T. Kaikkonen, “EMF-force Sensor — A Flexible and Sensitive Electret Film for Physiological Applications”, Medical and Biological Engineering and Computing, Vol. 34, Suppl. 1, Part 1, 1996
    [2] J. Kymissis, C. Kendall, J. Paradiso, and N. Gerhenfeld, “Parasitic Power Harvesting in Shoes”, Proceedings of the 2nd IEEE International Symposium on Wearable Computers, 1998, P.132
    [3] Information of the company Screentec, Finland, www.screentec.com
    [4] S. Bauer and F. Bauer , “Piezoelectric Polymers and Their Applications”, Physics Today, 2004
    [5] G. Buchberger, R. Schw□diauer and S. Bauer, “Flexible Large Area Ferroelectret Sensors for Location Sensitive Touchpads”, Applied Physics Letters 92, 123511, 2008
    [6] H.W. Lo and Y.C. Tai, “Parylene-HT-based Electrets Rotor Generator”, MEMS, Tucson, AZ, USA, 2008
    [7] J. Raukola, ” A New Technology to Manufacture Polypropylene Foam Sheet and Biaxially Oriented Foamfilm”, Thesis for the degree of Doctor of Technology, Technical Research Centre of Finland, VTT Publications 361, Espoo, 1998
    [8] Z. Xia, R. Gerhard-Multhaupt, A. Wedel and R. Danz, “High Surface-charge Stability of Porous Polytetrafluoroethylene Electret Films at Room and Elevated Temperatures”, J. Phys. D: Appl. Phys. 32 , 1999, P.L83-L85
    [9] W. Kuenstler, Z. Xia, T. Weinhold, A. Pucher and R. Gerhard-Multhaupt, ” Piezoelectricity of Porous Polytetrafluoroethylene Single- and Multiple-Filmelectrets Containing High Charge Densities of Both Polarities”, Appl. Phys. A 70, 2000, P.5-8.
    [10] J.F. Huang, X.Q. Zhang, X.F. Xia, X.W. Wang, “Piezoelectrets from Laminated Sandwiches of Porous Polytetrafluoroethylene Films and Nonporous Fluoroethylenepropylene Films”, J. Appl. Phys., Vol.103, Issue 8, 2008.
    [11] M. M. Perlman, K. J. Kao and S. S. Bamji, “Silicone Resin Electrets”, J. Appl. Phys., Vol.50, No.5, 1979, P.3622-3627
    [12] H.Y. Wang, T. Kobayashi, H. Saitoh, and N. Fuji, “Porous Polydimethylsiloxane Membranes for Enzyme Immobilization”, Nagaoka University of Technology, Department of Chemistry, Kamitomioka, Nagaoka, 940-21 Japan
    [13] O. Dufaud, E. Favre, V. Sadtler, “Porous Elastomeric Beads from Crosslinked Emulsions”, Groupe ENSIC, INPL, 1 Rue Grandville, BP 541, 54001 Nancy, France
    [14] M. Juchniewicz, D. Stadnik, K. Biesiada, A. Olszyna, M. Chudy, Z. Brzozka, A. Dybko, ” Porous Crosslinked PDMS-Microchannels Coatings”, Sensors and Actuators, B: Chemical, 126 (1), 2007, P.68-72.
    [15] S. Schultz, G. Wagner, U. Kia, J. Ulrich, “High-Pressure Homogenization as a Process for Emulsion Formation”. Chem. Eng. Technol, 24, 2004, P.361-368
    [16] J. Bear, Dynamics of Fluids in Porosity Media, American Elsevier Publishing Company, New York, 1972, P.15-22
    [17] J.M. Meek and J.D. Craggs, “Electrical Breakdown of Gases”, Oxford:Oxford University Press, 1953
    [18] F. Paschen, “Ueber die zum Funken□bergang in Luft, Wasserstoff und Kohlens□ure bei verschiedenen Drucken erforderliche Potentialdifferenz”, Ann., vol.37, 1889, P.69-96.
    [19] L. H. Germer, “Electrical Breakdown between Close Electrodes in Air”, J. Appl. Phys., Vol.30, 1959, P.46-51.
    [20] L. H. Germer, “Physical Processes in Contact Erosion”, J. Appl. Phys., Vol.29, 1958, P.1067-1082.
    [21] J.M. Torres and R.S. Dhariwal, “Electric Field Breakdown at Micrometre Separations”, Nanotechnology 10, 1999, P.102-107
    [22] R.A.C. Altafim, J.A. Giacometti, J.M. Janiszewski, ”A Novel Method for Electret Production Using Impulse Voltages”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Estados Unidos, Vol. 27, No.4, 1992, P.739-743
    [23] F. Carpi, D.D. Rossi, R. Kornbluh, R. Pelrine, P. Sommer-Larsen, “Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers”, 2008, P.51-68
    [24] J. M. Engel, J. Chen, N. Chen, S. Pandya, and C. Liu, "Multi-Walled Carbon Nanotube Filled Conductive Elastomers”, Materials and Application to Micro Transducers, "IEEE International Conference on MEMS, 2006
    [25] G. M. Sessler and J. Hillenbrand, “Electromechanical Response of Cellular Electrets Films”, Appl. Phys. Lett. 75, 3405-7, 1999
    [26] Texas Instruments Ultra-low bias current difet Operational amplifier OPA129
    [27] Z.L. An, M. Zhao, J.L. Yao, Y.W. Zhang and Z.F. Xia, “Influence of Fluorination on Piezoelectric Properties of Cellular Polypropylene Ferroelectrets”, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 2009

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