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目錄. 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論. 前言. 隨著市場的需求,軟性複合材料已經變成一個具有吸引力的研究主題。複合材料是將兩種或兩種以上不同性質的材料,經過階段性的加工過程所得到的材料,去彌補單一材料所欠缺特性。 本研究使用 鈦酸鋇 ,是屬於 鈣鈦礦 結構,也是最早發現的無機材料之一,晶體構造容易和其他氧化物形成固溶體,且具有壓電、鐵電、正溫度係數、介電等特性。在和熱塑性高分子 聚醚醯亞胺 (PEI ) ,其分子結構的 醚 (ether) 可增加材料的撓曲性,此基板具有高介電及可撓曲兩種特性。. 目錄. 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論. - PowerPoint PPT Presentation
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前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論
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目錄
隨著市場的需求,軟性複合材料已經變成一個具有吸引力的研究主題。複合材料是將兩種或兩種以上不同性質的材料,經過階段性的加工過程所得到的材料,去彌補單一材料所欠缺特性。
本研究使用鈦酸鋇,是屬於鈣鈦礦結構,也是最早發現的無機材料之一,晶體構造容易和其他氧化物形成固溶體,且具有壓電、鐵電、正溫度係數、介電等特性。在和熱塑性高分子聚醚醯亞胺(PEI) ,其分子結構的醚 (ether) 可增加材料的撓曲性,此基板具有高介電及可撓曲兩種特性。
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前言
前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論
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目錄
鈦酸鋇結構 聚醚醯亞胺 矽烷偶合劑 介電常數
理論分析
4
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鈦酸鋇結構
圖 1 鈦酸鋇晶體結構圖
鈦酸鋇 (BaTiO3) 具有非中心對稱鈣鈦礦結構,期中 Ba2+ 離子與 O2−
共同組成面心結構,而如 Ti4+ 離子則位於氧離子所構成的八面體的位置。
6
鈦酸鋇結構
圖 2 鈦酸鋇晶體隨著溫度變化圖
7
圖 3 鈦酸鋇相對溫度變化介電常數
鈦酸鋇結構
8
聚醚醯亞胺
圖 4 聚醚醯亞胺結構式
聚醚醯亞胺有較好的耐溶劑性,其分子結構中的醚 ( - o - ) 可以增加材料中的撓曲性。 密度為 1.28/cm3 ,玻璃相轉換溫度大約介於 205-225 oC ,可承受較高溫度製作。
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矽烷偶合劑
矽烷偶合劑作用是改善有機與無機材料作結合而使用的東西。特徵分為 : 加水分解性基與有機官能基。加水分解性基可以吸取溶液中,空氣中或無機質表面上的水份而進行水分解成為活性的 Si-OH 基。有機官能基可使有機材料,無機材料做強而有力的結合。
10
矽烷偶合劑
圖 5 矽烷偶合劑表面改質作用圖
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介電常數電容值大小與材料形狀大小和介電特性所決定的。
將一個兩片平行面積為 A ,兩平行板間距為 d 的金屬板,此電容器會電電容值 C0:
]d
A[εC 00
ε0 為真空電容值在金屬板中放入一種 ε 介電材料,則電容 C: ]
d
Aε[C
所以相對介電常數εr:
r00
εε
ε
C
C
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介電常數
圖 6 外加電場電容器中電荷分離示意圖
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目錄 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論
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實驗步驟
鈦酸鋇粉末製作流程
BT/PEI 基板製作流程
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A: (CH3COO)2Ba B: CH3COOH
莫耳比 A:B = 1:20
120oC 混合30min
回流20min C: 1.3-Propandiol莫耳比 A:C = 1:5
120oC 混合30min
回流 D: Titanium (IV) isopropoxide
120oC 混合
20min莫耳比 A:D = 1:1
烘烤 120oC研磨
煆燒 1100oC
BaTiO3 陶瓷粉末研磨
400 目篩粉
24hr
1hr
鈦酸鋇粉末製作流程
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BT/PEI基板製作流程PEI DMAC SiH4
80oC 混合 1.5hr
冷卻 30min
混合 15hr 以上
成 BT/PEI 膠體狀
高壓 20Sec
BT/PEI 複合軟板
倒入 BaTiO3
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目錄 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論
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結果與討論 BT/PEI 基板之 XRD BT/PEI 基板之 SEM 介電常數 介電損失
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BT/PEI 基板之 XRD
圖 7 鈦酸鋇相對溫度變化介電常數
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10% 正面 10% 反面
BT/PEI 基板之 SEM
圖 8 BT10% - PEI
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BT/PEI 基板之 SEM
20% 正面 20% 反面
圖 9 BT20% - PEI
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30% 正面 30% 反面
BT/PEI 基板之 SEM
圖 10 BT30% - PEI
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BT/PEI 基板之 SEM
40% 正面 40% 反面
圖 11 BT40% - PEI
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50% 正面 50% 反面
BT/PEI 基板之 SEM
圖 12 BT50% - PEI
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60% 正面 60% 反面
BT/PEI 基板之 SEM
圖 13 BT60% - PEI
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70% 正面 70% 反面
BT/PEI 基板之 SEM
圖 14 BT70% - PEI
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BT/PEI基板之介電常數
圖 15 不同比例粉末與頻率介電損失關係圖
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BT/PEI基板之介電損失
圖 16 不同比例粉末與頻率介電常數關係圖
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目錄 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論
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結論 本研究採用溶膠凝膠法製備的鈦酸鋇粉末,再與聚醚醯亞胺和矽烷偶合劑作混合,經過一定時間攪拌後出現的半成品,再用壓力機進行高壓後就形成鈦酸鋇 / 高分子基板。
由 XRD 圖觀察,粉末 10%~70%都有呈現鈣鈦礦晶相,沒有因為比例不同晶相隨著變化。 由 SEM 圖可以看出 10%~40% 粉末均勻混在 PEI 中,但 50%~70% 粉末呈現龜裂,顆粒團聚越明顯。粉末 40% 介電常數可以達到 10 ,粉末 70% 可以達到 25 ,由於粉末 70% ,龜裂現象嚴重,所以介電損失跟著提高。