JP2014043514A - β型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法、β型ポリフッ化ビニリデン膜及びβ型ポリフッ化ビニリデン膜を具備する圧電式センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】β型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法は、ポリフッ化ビニリデンとポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、得られた塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜を乾燥する工程と、乾燥した膜を水洗する工程とを含む。
【選択図】なし
Description
本発明に係るβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法は、大がかりな設備を必要とせず、溶液塗布法による簡便な方法により圧電特性に優れ且つ純度の高いβ型ポリフッ化ビニリデン膜を製造するものである。なお、本発明でのβ型ポリフッ化ビニリデン膜は、β型が主体であり、β型としての機能を発揮すれば、α型などが混在したものも含むものであり、純度が高いとは、ポリフッ化ビニリデン以外の成分がほとんど含有されていない膜であることをいう。
本発明に係るβ型ポリフッ化ビニリデン膜は、平均粒径8〜9μmの粒形の結晶粒からなり、48〜53%の体積空隙率を有する膜である。
体積空隙率(%)=((真のPVDFの質量−みかけのPVDFの質量)/真のPVDFの質量)×100
ただし、真のPVDFの質量とは、理論密度1.78g/cm3×作製したPVDF膜の体積であり、みかけのPVDFの質量とは秤量計による実測値である。
本発明に係る圧電式センサは、上述の製造方法により製造されたβ型ポリフッ化ビニリデン膜又は塗布法により製造されたβ型ポリフッ化ビニリデン膜を圧電体膜として用いたものである。本実施形態では、圧電式センサの一例として、圧電式水素センサについて説明する。
表1は、実施例1〜8、比較例1、2で用いられた塗布液の構成、ポリフッ化ビニリデン膜の膜厚及び試験例1で実施した水素ガスセンサの検知特性の結果をそれぞれ示す。
PVDF膜の結晶構造を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。
また、赤外分光法によりPVDF膜の構造解析を行った。
実施例2では、HMPAとアセトンからなる混合溶液4.42g(体積比1:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、3.5質量%(87.0mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例2では、厚さ145μmのPVDF膜を形成した。
実施例3では、HMPAとアセトンからなる混合溶液3.13g(体積比3:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、3.5質量%(87.0mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例3では、厚さ195μmのPVDF膜を形成した。
実施例4では、HMPAとアセトンからなる混合溶液4.42g(体積比1:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、3質量%(74.6mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例4では、厚さ175μmのPVDF膜を形成した。
実施例5では、HMPAとアセトンからなる混合溶液1.77g(体積比1:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、5質量%(49.7mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例5では、厚さ70μmのPVDF膜を形成した。
実施例6では、HMPAとアセトンからなる混合溶液4.42g(体積比1:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、5質量%(124.3mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例6では、厚さ285μmのPVDF膜を形成した。
実施例7では、HMPAとアセトンからなる混合溶液1.77g(体積比1:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、6.5質量%(64.4mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例7では、厚さ70μmのPVDF膜を形成した。
実施例8では、HMPAとアセトンからなる混合溶液4.42g(体積比1:1)に、PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、6.5質量%(161.5mg)となるように加え、PVDFを含有する塗布液を得た。他の条件は実施例1と同様にした。実施例8では、厚さ280μmのPVDF膜を形成した。
比較例1においては、HMPA2.49gに、β型PVDFの原料であるα型のPVDF粉末を、HMPAの総質量に対して、3.5質量%(87.0mg)となるように加えて、塗布液を得た以外の条件は実施例1と同様にした。形成されたPVDF膜の膜厚は、170μmであった。また、比較例1で形成したPVDF膜について、実施例1と同様にSEM観察を行った。
比較例2においては、市販品であるβ型PVDF膜を用いた。市販品のβ型PVDF膜の膜厚は、52μmであった。
実施例1〜8、比較例1、2に基づいて形成したPVDF膜を圧電体膜として水素センサに適用し、水素ガスの検知特性の評価を行った。
実施例1、比較例1に基づいて形成したPVDF膜を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。図12は、実施例1、比較例1に基づいて形成したPVDF膜表面のSEM写真である。なお、SEM写真の黒い部分は空隙を示す。
赤外分光法によるPVDF膜の結晶構造の解析を行った。測定装置は、ABB−BOMEM製FTA2000を用いた。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、β型ポリフッ化ビニリデン膜を圧電体膜として圧電式水素センサに適用したが、圧電式水素センサ以外でも、圧力センサ、超音波センサ、加速度センサ、振動センサ及び衝撃センサ等の各種センサに広く適用することができる。また、回路及びソフトウエア等の情報処理デバイスや、アクチュエータ及びトランスデューサ等の出力デバイス等にも用いることができる。
2 パラジウム電極
3 β型ポリフッ化ビニリデン膜
Claims (6)
- β型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法であって、
ポリフッ化ビニリデンと、該ポリフッ化ビニリデンを溶解してβ型に固定する水溶性極性溶媒と、前記水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒とを混合して塗布液を形成する工程と、
得られた塗布液を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を乾燥する工程と、
乾燥した膜を水洗する工程とを含むことを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法。 - 請求項1に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法において、
前記水溶性極性溶媒と、該水溶性極性溶媒よりも沸点が低い有機溶媒の体積比は、1:3〜3:1の範囲にあることを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法。 - 請求項1又は2に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法において、
前記水溶性極性溶媒は、ヘキサメチルリン酸トリアミドであることを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法。 - ポリフッ化ビニリデンを含有する塗布液を塗布して製造されたβ型ポリフッ化ビニリデン膜であって、
粒状の結晶粒からなり、
前記粒状の結晶粒の平均粒径は、8〜9μmであり、
48%〜53%の体積空隙率を有することを特徴とするβ型ポリフッ化ビニリデン膜。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜の製造方法により製造されたβ型ポリフッ化ビニリデン膜又は請求項4に記載のβ型ポリフッ化ビニリデン膜と、
前記β型ポリフッ化ビニリデン膜の両面にそれぞれ積層された電極とを具備することを特徴とする圧電式センサ。 - 請求項5に記載の圧電式センサにおいて、
前記圧電式センサは、圧電式水素センサであることを特徴とする圧電式センサ。
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