TW201509408A - 熱釋電材料與其製造方法,及由其所製成的高效熱釋電纖維 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種熱釋電材料與其製造方法,及由其所製成的高效熱釋電纖維。該熱釋電材料包含一個熱釋電體基材。該熱釋電體基材為具有極性與磁性的材料經由施加高壓電場極化而獲得。藉由先篩選出與應用目的物的振動頻率相接近的熱釋電體基材,再對其施予高壓電場極化處理,使該熱釋電體基材具有自發極化強度。而該熱釋電材料在應用時,由於偶極子之振動頻率與一應用目的物的振動頻率相接近而產生共振效應,使振動振幅加大,而電矩正比於振幅平方,故增強了極化強度,明顯提升熱釋電效應,形成高效熱釋電材料。
Description
本發明是有關於一種熱釋電材料及其製造方法與應用產品,特別是指一種具有高效熱釋電效應的熱釋電材料與其製造方法,及由其所製成的高效熱釋電纖維。
熱釋電效應是指極化強度隨溫度改變而表現出電荷釋放現象,能產生熱釋電效應的物質稱為熱釋電材料,熱釋電材料屬於壓電材料中的一類,為不具有對稱中心且有特殊極性方向的晶體,雖然具有熱釋電效應的材料約有上千種,但廣泛應用的只有十幾種,例如硫酸甘氨酸(TGS)晶體及其同型晶體、鈮酸鍶鋇(SBN)晶體、硫酸鋰(LSH)和鉭酸鋰(LiTaO3)晶體等,其他還有電氣石晶體、PZT等壓電陶瓷,以及PVF2等高分子薄膜也都屬於熱釋電材料。
在各種熱釋電材料中,由於電氣石具有下列特性而被廣泛應用作為養生保健的產品:
(一)電氣石在常溫下能發射紅外線之電磁波,且其波長範圍與人體相接近,因此,可以藉由電氣石發射之紅外線的熱效應,產生激活生物大分子活性,改善循環與增強新陳代謝的作用。
(二)電氣石本身存在自發永久偶極及一定強度的表面電場,其電場強度在晶體表面10μm處最高可達E=6.2×106V/m,可以對周圍空氣中存在的水分子進行輕微電離,而持續產生H+和OH-。其中,H+從電氣石電極之間的微弱電流中得到電子,還原為氫氣(H2),OH-則與水分子結合形成空氣負離子,相關化學反應如下:H2O → OH-+H+.........(1)
2H++2e- → H2 ↑.........(2)
OH-+nH2O → OH-+(H2O)n.........(3)
藉此,使電氣石能夠持續永久地釋放負離子,負離子可用於清除人體內自由基、使人體體液呈弱鹼性,以及改善空氣品質。
(三)電氣石的微弱電流,能引起人體的生物電效應,並達到促進新陳代謝、調節神經系統、循環系統,以及細胞膜與細胞內外體液的平衡調節等作用。
電氣石晶體結構屬於三方晶系,晶體屬於C3v點群,具有單向極軸,其所有的壓電常數d31、d32和d33均為正值,具壓電與熱電性,但電氣石的初級熱釋電性無法測到,通常所觀察到的熱釋電性主要是由第二熱釋電性引起的,即電氣石的熱釋電效應不是源於電氣石自發極化的溫度相關性,而是源於熱膨脹引起的應變所導致的壓電效應,故在室溫下電氣石晶體的自發極化值比一般熱釋電體小很多,約Ps=0.011μC/cm2,僅為BaTiO3在室溫下的飽和極化強度26μC/cm2之1/2400。此外,雖然電氣石發射
的波長範圍涵蓋人體或生物體產生的振動頻率範圍,但其對光波的激發頻率與人體紅外光子電磁波的震盪頻率仍略有差距,因而無法產生高效的共振效應,也使其產生的紅外線的激發與吸收效率仍未盡理想。
因此,本發明的目的,是在提供一種能夠強化熱釋電效應並與目的物產生共振的熱釋電材料。
於是,本發明熱釋電材料,包含一個熱釋電體基材。該熱釋電體基材為具有極性與磁性的材料經施加高壓電場極化而獲得。
本發明熱釋電材料之功效:藉由對具有極性與磁性而屬於焦電材料晶系的該熱釋電體基材施予高壓電場極化處理,使其具有自發極化強度而產生熱釋電效應,藉此,當該熱釋電材料之偶極子固有振動頻率與一應用目的物的振動頻率相接近時,將產生共振效應,使振動振幅加大,機械能與電能有最佳的轉換效能,並使表面電荷累積密度增大,形成高效的熱釋電效應,因而有更廣泛而有效的實用價值。
進一步地,本發明還提供一種熱釋電材料的製造方法,該熱釋電材料的製造方法包含下列步驟:(a)提供一熱釋電體基材原料,該熱釋電體基材原料包括多個分別具有極性與磁性熱釋電體基材;及(b)對該熱釋電體基材原料施加高壓電場極化,就能製得多
個熱釋電材料。
本發明熱釋電材料的製造方法之功效:藉由選擇具有極性與磁性而屬於焦電晶系,且主要振動頻率能夠涵蓋該應用目的物所散發電磁波的主振動頻率的材料,作為該熱釋電體基材原料,對其施加高壓電場進行極化,就能藉由外加電場進一步提升該熱釋電體基材原料的極化強度,使該熱釋電材料之振動頻率在應用時更容易與應用目的物相互作用形成共振效應,使該熱釋電材料的電荷產出率與目的物之電荷吸收效率明顯提升,因此,本發明能製出具有高效熱釋電特性的材料而極具實用價值。
進一步地,本發明還提供一種由前述的熱釋電材料製成的高效熱釋電纖維,該高效熱釋電纖維是將多個如請求項1至請求項4中任一項請求項所述的熱釋電材料與一高分子聚合物基材相混合為一複合原料,再經熔融與抽絲而製得。
本發明高效熱釋電纖維之功效:藉由熔融抽絲方式使熱釋電材料穩定結合在該高分子聚合物基材中,能使該纖維具有穩定的熱釋電特性,並使以該纖維製成的產品被賦予穩定而高效的熱釋電效應之機能,而適合開發為高機能性或有保健效果的產品。
本發明還提供另一種高效熱釋電纖維,是將多個如請求項8至請求項11中任一項請求項所述的製造方法所製出的熱釋電材料與一高分子聚合物基材相混合為一複合原料,再經熔融與抽絲而製得。
本發明高效熱釋電纖維之功效:藉由熔融抽絲方式,使經施加高壓電場處理而製出的熱釋電材料穩定結合在該高分子聚合物基材中,且使材料電荷累積產出面能平行纖維軸,尤其應用在極性聚合體上時,由於其基團有效偶極矩μ>0.5(如:尼龍、聚酯、聚丙烯腈、PVC纖維等亦同),故會沿平行纖維軸面累積電荷,此對電荷產出率具有加乘效果,使穿著時人體對有效電荷產出之接收面提升,並能透過熱釋電材料能與應用目的物的振動頻率形成共振效應的特性,使材料表面電荷密度提升,形成目的物對材料產出電荷的吸收截面大增的特性,使以該纖維製成的產品被賦予穩定而高效的熱釋電效應,而適合開發為高機能性或有保健效果的產品。
10‧‧‧熱釋電材料
100‧‧‧高效熱釋電纖維
11‧‧‧熱釋電體基材
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
12‧‧‧奈米金粒子
13‧‧‧奈米碳管
30‧‧‧高分子聚合物基材
41‧‧‧噴絲孔
L‧‧‧絲軸方向
X‧‧‧平面方向
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:圖1是一立體示意圖,說明本發明熱釋電材料的一較佳實施例;圖2是一局部的側視示意圖,說明該較佳實施例的一熱釋電體基材的兩相反面上分別結合有一奈米金粒子與多個相間隔的奈米碳管的情形;圖3是一局部的側視示意圖,說明該較佳實施例的部分奈米碳管與奈米金粒子位於該熱釋電體基材的同一側表面的另一種配置型式;圖4是一流程圖,說明本發明熱釋電材料的製造方法
的一較佳實施例;圖5是一示意圖,說明該較佳實施例由一複合原料抽絲後再對其施加電場而製成的情形;圖6是圖5的一局部放大示意圖,說明本發明高效熱釋電纖維的一較佳實施例中的熱釋電材料沿該纖維的一絲軸分布的情形;圖7是一穿透式電子顯微鏡所取的影像圖,說明本發明熱釋電材料的奈米碳管以直立方式結合在該熱釋電體基材的表面的情形;圖8是本發明熱釋電材料樣品之FTIR透光光譜圖;及圖9是現有電氣石材料的一發射光譜圖;圖10為一直條圖,說明調配不同濃度之本發明熱釋電材料進行抗發炎反應的結果;及圖11為一電子顯微鏡照相圖,說明本發明高效熱釋電纖維的外觀形態。
在本發明被詳細描述之前,應當注意在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2,本發明熱釋電材料10的一較佳實施例,包含一片熱釋電體基材11、相間隔地結合在該熱釋電體基材11上的至少一個奈米金粒子12,及至少一個奈米碳管13。
該熱釋電材料10是選擇具有極性與磁性的熱釋電體基材原料與一奈米金粒子原料、一奈米碳管原料相混
合為一預混物後,移入一基座裝置有高頻超音波脈衝振盪器之平行板電容器,再對該預混物施加高壓電場極化,並啟動超音波振盪器以使前述原料分散均勻後製得。該熱釋電體基材11主要是由屬於非中心對稱性晶體的焦電材料細化後形成,並包括反向的一第一表面111與一第二表面112。該焦電材料的晶體結構為屬於三斜晶系、單斜晶系、斜方晶系、三方晶系、立方晶系或六方晶系的材料,例如,雲母、瑪瑙、石英岩、和田玉、合成翡醉、天然翡翠、天然鑽石、電氣石(Tourmaline)、水镁石(Brucite)、方解石(Calcite)、白雲石(dolomite)、硬硼鈣石(Colemanite)、霞石(nepheline)、高嶺石(Kaolinite)、禾樂石(Halloysite)等。且是使該焦電材料細化形成最大徑寬尺寸為100nm~100μm,且厚度為最大徑寬的1/5~1/100的熱釋電體基材11。此外,為了讓該熱釋電材料10產生最佳的使用效果,可選擇其振動頻率能夠涵蓋到該應用目的物所散發的電磁波的主振動頻率,且具有極性與磁性同時也屬於焦電晶系的材料作為該熱釋電體基材11的原料。
該奈米金粒子12是以靜電力吸附在該熱釋電體基材11上。經極化後,在該奈米金粒子12形成的電偶極正極端會受到該熱釋電體基材11受極化形成的電偶極負電荷的吸引而吸附於該熱釋電體基材11上,在製造時,藉由控制熱釋電體基材11與奈米金粒子12的數量比例,並配合超音波振盪器產生的分散效果,讓已吸附在熱釋電體基材11的奈米金粒子12對其他再靠近的奈米金粒子12產生
電性斥力,使該等奈米金粒子12不易團聚,便能達到自然分散的比較有利狀態,並形成每一片熱釋電體基材11上結合的奈米金粒子12數量較平均的狀態。此外,該奈米金粒子12的粒徑尺寸較佳為2~6nm
該奈米碳管13則是以電磁力與該奈米金粒子12分別結合在該熱釋電體基材11上。單壁奈米碳管在高壓電場下將呈現極化產生電偶極矩,碳管尖端因一維幾何型態而有局部電場增強效應,電漿中正離子將優先提供給尖端,正離子選擇性提供可能減少施加於碳管側向的機械應力,極化產生電偶極矩後,奈米碳管將順著電場的方向排列,當極化方向朝上下時,該熱釋電體基材11呈上、下配置的第二表面112、第一表面111形成偶極矩分別累積正、負電荷而形成正、負極,使奈米碳管13以偶極矩誘導力豎立在該基材11的第二表面112、第二表面111。另,奈米碳管13在高壓電場極化時,導電帶底部之能態與價電帶互相接觸,產生半導體-金屬轉換(semiconductor-metal transitions,簡稱為SMTs)而呈現完全金屬之特性。
當該奈米碳管13為單壁奈米碳管時,其徑寬×長度之尺寸較佳為0.2~5nm×10~250nm。當該奈米碳管13為多壁奈米碳管時,其徑寬×長度之尺寸較佳為0.2~3μm×10~100μm。
要補充說明的是,奈米碳管13之豎立若僅靠靜電吸引力其結合強度仍低,在高壓電場下該熱釋電基材11及奈米碳管13亦被磁化,磁性基材11可達接近飽和的磁
化強度。根據計算,一般奈米碳管在室溫(約25℃)下的磁化率(magnetization)約為0.1μB/atom,在此磁化率下其與熱釋電體基材11所形成磁力強度尚嫌不足,但已知當奈米碳管被安置在和具有磁性的材料相接觸的環境時,能使該等奈米碳管變得具有磁性,這種現象的機制乃有賴於電子中所攜帶的電旋的轉移,也就是從具有磁性的材料轉移到奈米碳管中,因此,當將該等奈米碳管13添加並使其豎立至該等熱釋電體基材11中時,該等熱釋電體基材11電子中所攜帶的電旋將轉移到該等奈米碳管13中,因而可以產生相當可觀的游移磁場,且奈米磁性金屬的磁化比率約為普通磁性金屬的20倍,奈米磁性顆粒具有單一磁區效應,使其矯頑磁場(coercive field)增加,矯頑磁力會有顯著提升,使該等奈米碳管13具有更強的磁力,足以使該等奈米碳管13穩固地吸附在該等熱釋電體基材11上。
在本發明的圖2中,雖然是以該熱釋電體基材11的第一表面111結合一個奈米金粒子12,及該第二表面112結合有多個相間隔豎立的奈米碳管13為例說明該熱釋電材料10的主要結構型式,但每一片熱釋電體基材11上的奈米金粒子12與奈米碳管13的結合位置與配置型式不受限。此外,也可以依需求在製造時藉由控制熱釋電體基材11、奈米金粒子12與奈米碳管13的用量比例,使所製出的熱釋電材料10為一片熱釋電體基材11上結合一個或數個奈米金粒子12與一個或數個奈米碳管13的組合型式,仍然達到增進熱釋電效應的使用目的。
例如,該熱釋電材料10也可以包含分別藉由靜電力與電磁力相間隔地結合在該熱釋電體基材11的第一表面111與第二表面112的多個奈米金粒子12與多個奈米碳管13。由於該熱釋電體基材11的尺寸相對較大,當奈米金粒子12與奈米碳管13相對於單一片熱釋電體基材11的數量比例大於等於2時,不管該等奈米碳管13是否為具有帽蓋的型式,當經過高壓電場極化處理與超音波振盪器所造成的分散、跳動後,且奈米碳管13因極化產生電偶極矩後,將順著電場的方向排列,當極化方向朝上下時,則在該熱釋電基材11的第二表面112、第一表面111形成偶極矩累積正、負電荷形成正、負極,使奈米碳管13以偶極矩誘導力豎立在該熱釋電基材11的第二表面112、第一表面111。該等奈米碳管13可以透過其負極的一端以電磁力結合於該熱釋電體基材11的第二表面112,也可以透過其正極的一端以電磁力結合於該熱釋電體基材11的第一表面111,形成如圖3所示的熱釋電材料10,即,除了在該熱釋電體基材11的第二表面112上結合有至少一個奈米碳管13外,也可能有至少一個奈米碳管13因為電磁力作用而結合在該第一表面111上,此種配置型式仍然能達到利用奈米金粒子12與奈米碳管13的特性增強熱釋電材料10的熱釋電效應的效果。圖3所呈現的型式為該熱釋電體基材11的第一表面111、第二表面112都結合有多個奈米碳管13的情形。
需要補充說明的是,該熱釋電材料10主要是選
擇屬於焦電晶系具有極性與磁性之基材原料與一奈米金粒子原料、一奈米碳管原料相混合為一預混物後,再以高壓交流電對該預混物施加高壓電場極化,並利用超音波振盪器產生分散、跳動後製得,藉此,使該奈米金粒子12能以靜電力,及使該奈米碳管13能以電磁力穩定吸附與結合在該熱釋電體基材11上。其中,所施加的電場強度約為106V/m~108V/m,實際操作時,則是配合電流表的電流變化進行調整,當出現電流(安培)瞬間急升的情形時,表示已達擊穿材料的強度(即已超過該等熱釋電體基材11的飽和極化電場),應再酌退約3~5%即約該等熱釋電體基材11的飽和極化電場值。
在應用上,會因應用目的物的振動頻率,選擇包含有能與應用目的物的振動頻率相匹配的振動頻率的熱釋電體基材11為原料。該應用目的物不受限,可以為人體、汽柴油或水,且是將該熱釋電材料10添加到一選自下列群組的產品中:纖維、內燃機材料及解離水的材料。
例如,當該應用目的物為人體時,由於人體紅外光子振動頻率約為3.125×1013HZ,波長為9.6μm,故其波數為1042cm-1,則藉由選擇在波數為1042cm-1附近可偵測到吸收峰的瑪瑙或石英岩為該熱釋電體基材11的原料,經由高壓電場極化處理,就能增強該振動頻率的偶極子分子的極化強度,使該熱釋電體基材11更容易與人體散發之紅外電磁波相互發生振動偶合,而進一步增強其振動能並加大振動振幅,產生強大紅外活性吸收,而不斷地啟動熱
釋電效應形成離子載子流,使該熱釋電體基材11表面累積高密度電荷,由於經篩選而採用具有能與人體散發的紅外電磁波相匹配的分子振動頻率的熱釋電體基材11製成熱釋電材料10,當將該熱釋電材料10添加在會與人體接觸的衣物或床被等織物產品的原料中時,該熱釋電材料10的基材11表面所累積的高密度電荷也容易透過共振效應為人體大量吸收,產生高效的熱釋電效應,達成本發明的目的。
當該應用目的物非人體時,亦能藉由將該熱釋電材料10添加在會作用在該應用目的物上的產品或材料中,而增加其作用效果,例如,當選擇主要振動頻率涵蓋汽柴油主頻率2962~2853cm-1及C-H伸縮振動頻率1470~1340cm-1之熱釋電體基材11製成該熱釋電材料10,則將該熱釋電材料10添加至內燃機的材料中,就能利用該熱釋電材料10的特性,產生省油、減碳的效果。另外,當選擇主要振動頻率涵蓋水之主頻率3756±20cm-1、3657±20cm-1及1595±20cm-1之熱釋電體基材11製成該熱釋電材料10,則將該熱釋電材料10添加至解離水的材料中,就能利用該熱釋電材料10的特性,增加水的解離效果。
要再補充說明的是,本實施例雖然舉熱釋電體基材11結合奈米金粒子12與奈米碳管13的組合結構為例說明該熱釋電材料10,但該熱釋電材料10的型式不以此為限,該熱釋電材料10也可以僅包含經高壓電場極化獲得的熱釋電體基材11,也可以是由該熱釋電體基材11與吸附在該熱釋電體基材11上的金奈米粒子12形成的材料,或者
也可以由該熱釋電體基材11與吸附在該熱釋電體基材11上的奈米碳管13形成的材料,都能透過高壓電場極化的處理程序使該熱釋電材料10的熱釋電體基材11的極化強度被增強,進而使該熱釋電材料10整體產生高效的熱釋電效應。
參閱圖1與圖4,進一步說明前述熱釋電材料10的製造方法的一較佳實施例,該較佳實施例包含下列步驟:
步驟201是提供一熱釋電體基材原料,該熱釋電體基材原料包括多個分別屬於焦電晶系且具有極性與磁性的熱釋電體基材11。可作為該熱釋電體基材原料中的熱釋電體基材11的材料種類與尺寸範圍如前所述,在此不再贅述。其中,較佳是配合該熱釋電材料10於應用時所針對的一應用目的物選擇該熱釋電體基材原料,並選擇其主振動頻率能夠涵蓋到該應用目的物的主要固有振動頻率且屬於焦電晶系具有極性與磁性的材料作為該熱釋電體基材原料。
承上所述,已知焦電材料都屬於非中心對稱性晶體,所以自發性極化方向必順著其中單一的軸向,而在已知的32種點群對稱的晶體結構中,只有10種具極性的點群滿足此定義,它們分別是三斜晶系、單斜晶系、斜方晶系、三方晶系、立方晶系以及六方晶系,其點群則為1、2、3、4、6、m、mm2、4mm、3m與6mm,若晶體是屬於此晶系所對應的十種點群,則可成為焦電材料。其中,
焦電材料亦多為氧化矽類的礦物材料,例如,瑪瑙的化學成分以SiO2為主,含有微量元素,如鐵、錳、鎳等,其解離面呈層狀或平行條帶狀屬於六方晶系。石英岩的化學組成主要亦為SiO2,屬於三方晶及單斜晶系。
為了確保該熱釋電體基材11能夠成為具有自發極化之焦電材料,由於熱釋電體必為不具有對稱中心的晶體,即每一個晶胞具有一定的固有偶極矩,故需先選出具有極性之晶體。較佳是先對所選擇的屬於焦電晶系礦物材料進行電選,另外,為了爾後碳管能以磁力豎立在基材上,基材需具有磁性,故還需經磁選,以篩選出符合需求的該熱釋電體基材原料。
以下以瑪瑙為例,說明進行篩選的方法,瑪瑙屬於六方晶系,其中含有微量元素如鐵、錳、鎳等之順磁性礦石,其晶體形態屬於隱晶質,單體形態呈板狀、片狀之二向延展型式,其礦物集合體為隱晶的晶腺狀形態,因此,將其解理細化後,其解理面將於平行於晶體結構中鍵力最強的方向,也就是通常原子排列最密的面網發生,並服從晶體的對稱性,故會形成板狀或片狀的結構。使瑪瑙礦物經解理細化至面寬約1mm以下的碎片後,再將其送入一超強磁乾粉輸送帶磁輥磁選機,並將磁輥之磁場強度設定為1.5特斯拉(tesla,符號表示為T)進行粗選作業以篩選出具有弱磁性的瑪瑙礦物材料,再將篩選出的感磁瑪瑙片再細化為尺寸大小約為0.3~50μm的顆粒,再以磁場強度800~1600kA/m磁選最低磁化係數大於X=3×10-4cm3/g的
顆粒。電選過程中,由於電場作用力、重力、離心力以及摩擦力等共同作用在礦粒上,這些力的合力決定礦粒的去向。以104~105V/m的高壓電場極化該等細碎的篩選顆粒,藉由電場的加入使該等篩選極性顆粒的偶極矩規則排列,而使該等顆粒的晶體表面呈現電性,再經靜電礦選出具極性的瑪瑙顆粒,就能獲得可作為熱釋電體基材11的礦物材料。其中,上述的特斯拉(T)是磁通量密度或磁感應強度的國際單位制導出單位,且1T=1V.s.m-2。
除了瑪瑙外,另一常用的材料為雲母,以黑雲母為例,其比磁化係數平均值約為54×10-4cm3/g,亦為符合規格的弱磁性礦物。
篩選出符合規格的熱釋電體基材原料後,再進一步用水噴淋→洗滌→脫水→真空乾燥(需乾燥至水含量在100ppm以下),就能將經篩選與淨化處理後的該熱釋電體基材原料用於後續步驟。
步驟202是使該熱釋電體基材原料與一奈米金粒子原料、一奈米碳管原料相混合以形成一預混物,該奈米金粒子原料包括多個奈米金粒子12,該奈米碳管原料包括多個奈米碳管13。在此所用的奈米金粒子12與奈米碳管13的尺寸範圍與前述相同,故不再贅述,在本實施例所用的奈米碳管13亦為一端為帽蓋另一端為開放端的型式。
步驟203是對該預混物施加高壓電場極化,並以超音波振盪器造成其分散、跳動以攪拌均勻,使該等奈米金粒子12與該等奈米碳管13平均分佈,並於電場極化
下分別以靜電力與電磁力結合在該等熱釋電體基材11上,就能製得多個熱釋電材料10。其中,所施加的電場是由高壓交流電形成,於高壓電場極化後將使該等片狀或板狀的熱釋電體基材11的兩相反面分別形成正、負極,並使金奈米粒子12也極化產生強大的電場,在攪拌過程中,在該強大電場作用下,以及超音波振盪器所造成的分散、跳動,將使該等奈米金粒子12以靜電力吸附至該等熱釋電體基材11上。
承上所述,當將該等奈米碳管13添加至該等熱釋電體基材11中時,由於該等奈米碳管13會與該等熱釋電體基材11相接觸,在高壓交流電所形成的高壓電場與磁場作用下,該等熱釋電體基材11亦將被磁化產生強大磁力,藉此,將使其電子中所攜帶的電旋轉移到該等奈米碳管13中,因而可以產生相當可觀的游移磁場,進而使該等奈米碳管13具有更強的磁性,使該等奈米碳管13穩固地吸附在該等熱釋電體基材11上,且不易在爾後使用中發生脫落的情形。
其中,當該等奈米碳管13為其中一端具有帽蓋結構的碳管時,將在帽蓋的一端形成正極,在無帽蓋的開放端則形成負極,在攪拌過程中,除了會均勻分散外,也會透過電磁力作用,以其負極的一端豎立地結合在該熱釋電體基材11形成正極的第二表面112,或以正極的一端豎立地結合在該熱釋電體基材11形成負極的第一表面111。其中,該等奈米碳管13可選用不具有帽蓋或具有帽蓋的型
式,且也可以選用多壁式或單壁式奈米碳管13,都能在高壓電場極化後藉由電磁力控制電場方向,使奈米碳管13以豎立狀態穩定吸附在該熱釋電體基材11上。
值得一提的是,當使用多壁式奈米碳管13與熱釋電體基材11結合時,具有多壁式奈米碳管13的熱釋電材料10通常可釋放電荷滲入,並作用至該應用目的物的較深層部位,而結合單壁式奈米碳管13的熱釋電材料10的作用部位相對較表層,故可依應用需求與所要求的能量作用強度,分別選擇使用單壁式或多壁式的奈米碳管13。
此外,在步驟203中所施加的高壓電場強度需以儘量地接近飽和電場強度為原則,以達到最高剩餘極化強度(Pr),且該高壓電場的極化作用時間較佳為持續至少20分鐘。實際進行極化時,需緩緩增強電場,此時在該預混物上所量測到的電流亦會出現緩緩上升的情形,當發生電流驟升的現象時,表示已有擊穿發生,此時需將電場微降以保持接近飽和極化強度的狀態,並以該微降的電場持續進行20分鐘的極化處理。
為了使該預混物中的原料能達到完全極化的結果,較佳是控制該極化環境的溫度為50~150℃,以使該預混物原料中的電疇分子極化方向較容易移動,所施加的高壓極化電場較佳則是106V/m~108V/m。並在前述溫度與電場強度範圍下持續進行20分鐘的極化處理。通常擊穿電壓與溫度有指數關係,並與所處理的熱釋電體基材11的厚度成正比,但對於薄的材料,擊穿電壓則與材料厚度的平方
根成正比。此外,當熱釋電體基材原料受潮時,可能導致擊穿電壓下降,由於材料厚度、溫度與處理材料的受潮情形都可能影響到擊穿電壓值,為避免發生擊穿情形,較佳是在極化處理前,先找出及確認所要處理材料的矯頑電場與飽和電場,以免施加的電場強度過高而造成材料損壞。
在步驟202中,還可依應用需求調整該熱釋電體基材原料、奈米金粒子原料與奈米碳管原料的混合比例,通常是依各原料中的片狀物或顆粒物的平均尺寸,分別換算出前述原料單位重量中的所含熱釋電體基材11、奈米金粒子12與奈米碳管13的數量後,再依所設定的熱釋電材料10規格與性能,及在該規格與性能的條件下,每一片熱釋電體基材11上平均應結合的奈米金粒子12的數量與奈米碳管13的數量,調整前述原料在該預混物中的添加量比例,經步驟203的施加電場與超音波振盪器所造成的分散、跳動作用而使其分散均勻之處理後,由於前述原料會平均分佈,就能使最終所製得的多個熱釋電材料10中的大部分都能符合所設定的材料規格。藉此,可製出如圖2所示該熱釋電體基材11的第一表面111結合一奈米金粒子12,及該第二表面112結合一奈米碳管13的熱釋電材料10,也可以製出如圖3所示,該熱釋電體基材11的第一表面111結合多個奈米金粒子12與多個奈米碳管13(也可以只結合一個奈米碳管13),及其第二表面112也結合多個奈米碳管13(也可以只結合一個奈米碳管13)的熱釋電材料10。
此外,在步驟202中,也可以使該熱釋電體基
材原料與只與該奈米金粒子原料相混合,或者,也可以使該熱釋電體基材原料與只與該奈碳管原料相混合,再於步驟203中對相混合的該熱釋電體基材原料與該奈米金粒子原料,或相混合的該熱釋電體基材原料與該奈米碳管原料施加該高壓電場極化,並利用超音波振盪器造成的分散、跳動作用以分散均勻,就能製得具有高效熱釋電效應的材料。另外,也可以不進行步驟202,並於步驟203中直接對步驟201的該熱釋電體基材原料施加高壓電場極化。同樣能夠製得具有高效熱釋電效應的材料。
該製造方法所製出的熱釋電材料10藉由選用具有與應用目的物的振盪頻率相接近的振盪頻率範圍的熱釋電體基材原料為主原料,再配合施加高壓電場極化處理就能增強該熱釋電體基材原料的極化強度,使該熱釋電材料10更容易與該應用目的物所散發的紅外線電磁波相互發生振動偶合形成共振而增強其振動能,使振動振幅加大,並使該熱釋電體基材11的偶極矩的極化強度進一步增強,產生強大的紅外活性吸收,並使累積在該熱釋電體基材11表面之電荷不斷地被釋放出來,而該應用目的物亦因共振吸收原理,對該熱釋電材料10散發出來的電荷有強大的吸收截面,其中,配合該材料10的奈米碳管13所形成的場發射作用,還有助於使累積在該熱釋電體基材11表面的電荷更容易被大量且集中地釋出,而能減少電荷在作用至該應用目的物前就散發於環境中的情形,因而能顯著提升該應用目的物(例如,人體)對電子或負離子的吸效率。
同上所述,在步驟201中的該應用目的物可為人體、汽柴油或水,並能藉由選擇主要振動頻率涵蓋該應用目的物的主頻率的熱釋電體基材11,使步驟203所製出的該熱釋電材料10可添加到一選自下列群組的產品中:纖維、內燃機材料及解離水的材料。藉此,能夠增強前述產品或材料的作用效果。
值得一提的是,當步驟203進行高壓電場極化時,隨著電場的增大,該奈米碳管13中的電子由束縛狀態躍遷至自由狀態的能隙將會減小,不管是單壁式或多壁式奈米碳管13中的碳原子於受到電磁波極化時,將致使其最外層的電子躍遷至較高能階(π→π*躍遷),而能大幅降低有效功函數(effective work function)。當外加電場增大至一定值時,其能隙會大幅降低,甚至使能隙消失,故能藉由外加電場的強度與方向調整電子性質,並進一步讓該奈米碳管13由半導體性轉變成金屬性,形成半導體-金屬轉換(SMTs)。且隨著電場強度的增加,將產生更多的SMTs,且能使電子更容易在低電場強度時就逸出,藉此,使電子容易自該熱釋電材料10中射出,並能增加電子的運動能量而使釋出的電子較容易深入目的物內部發揮作用。因而使據此所製出的熱釋電材料10所釋放出的電子能有效被應用目的物吸收。例如,當目的物為人體時,進入人體形成負離子可消除體內的自由基而達到保健的效果。其中,選用具有帽蓋結構的奈米碳管13時,其末端的帽蓋結構將使該奈米碳管13更容易形成SMTs。
透過結合於熱釋電體基材11上的奈米金粒子12的作用,能在該熱釋電體基材11中激發出更多的載子流以使基材表面電荷密度提升,形成更顯著的自發極化效應,再搭配結合在該熱釋電體基材11上的奈米碳管13執行場致電子發射,以達成高效熱釋電目的。
然而,不管該熱釋電材料10是由單純的熱釋電體基材11形成、僅由該熱釋電體基材11與該奈米金粒子12混合形成,或僅由該熱釋電體基材與該奈米碳管13混合形成,只要經由前述之施加高壓電場飽和極化的處理程序,就能產生顯著增強的熱釋電性,進而能藉由高效的熱釋電效應開發出各種在應用上具實用效果的產品。
參閱圖5與圖6,本發明高效熱釋電纖維100的一較佳實施例是利用前述的熱釋電材料10或由前述方法所製出的熱釋電材料10與一高分子聚合物基材30相混合為一複合原料,再經熔融與抽絲而製得。其中,該高分子聚合物基材30的種類不受限,為達更佳效果,可選用極性聚合體,其基團有效偶極矩μ>0.5(例如,尼龍、聚酯、聚丙烯腈、PVC纖維等)。該高效熱釋電纖維100則可進一步製成衣物、床單、被套等織物產品。此外,該熱釋電材料10的添加量較佳為該複合原料總量的1~3wt%,但其添加量不因此受限,可依產品所要求的機能規格調整該熱釋電材料10的添加比例。
其中,為了使該纖維100所製成的織物產品中的熱釋電材料10以容易作用於目的物的配置方向結合在該
高分子聚合物基材30中,以提供更顯著的使用效果,應避免該等熱釋電材料10的熱釋電體基材11以其第一表面111與二表面112垂直該纖維100的一絲軸方向L的方式,配置並結合在該高分子聚合物基材30中,為了調整該等熱釋電材料10的配置方向,將該等熱釋電材料10均勻加在熔融的該高分子聚合物基材30中而形成該複合原料後,還在該複合原料從一噴絲孔41沿該絲軸方向L射出而未冷卻定型或凝固前,沿該絲軸方向L設置一能夠產生直流高壓電場的極化裝置42,並調整該裝置42的配置方位,以使其能在一與該絲軸方向L垂直的方向X上產生電場,使從該噴絲孔41射出而尚未定型的該熱釋電材料10受到與該絲軸方向L垂直的電場的作用,並使該等熱釋電材料10中的偶極子及極性聚合體基團有效偶極矩沿該電場方向取向。亦即,當使該等熱釋電材料10的熱釋電體基材11的偶極矩分子及極性聚合體基團有效偶極矩順著電場取向後,將沿著垂直該纖維100軸的方向排列並被凍結,使在偶極子方向相垂直的熱釋電體基材11表面及極性聚合體基團有效偶極矩方向相垂直的纖維表面分別呈現累積正、負電荷的情形,當以該纖維100織造而成的衣物被穿著時,就能夠避免累積的電荷朝向絲軸方向L而是以貼合於身體表面的角度有效朝著身體釋放,使該纖維100成為高效熱釋電纖維。在此所施加的電場是由直流電形成,且其電場強度較佳為106V/m~109V/m。
取混合有瑪瑙與石英岩的礦物材料並將其細化為平均徑寬約為10μm的碎片作為熱釋電體基材原料,以每一片熱釋電體基材的平均重量估算該礦物材料中的熱釋電體基材的數量,再以平均一片熱釋電體基材對應10粒奈米金粒子與10支奈米碳管的比例,分別秤取特定量的前述三種原料相混合為一預混物,再對混合的預混物施加108V/m的交流電高壓電場並持續施加20分鐘以進行極化作用,接著,再對經高壓電場極化後的預混物以超音波振盪器使其分散、跳動,就能使該預混物被混合均勻。此外,在本具體例中所使用超音波設備是利用高頻脈衝振盪器產生高頻率的電壓脈衝再換成機械性的振動,晶體薄片壓電材料採用鋯鈦酸鉛(PZT),為使分散、跳動能達到最佳材料混合效果,超音波設計頻率為f=0.5×109/s~20×109/s(即0.5GHz~20GHz)。
對所製出的熱釋電材料A進行外觀的觀察與熱釋電效應比較,並對混合瑪瑙與石英岩的熱釋電體基材原料進行傅立葉變換紅外光譜(Fourier Transform Infrared Spectroscop,簡稱為FTIR)的透光光譜的量測,再將該熱釋電體基材原料的光譜量測結果與一新彊產的黑色電氣石材料的光譜圖進行比較,結果如下:
(1)外觀:使用一穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope,簡稱為TEM)觀察熱釋電材料A的外觀,所獲得的影像如圖7所示,顯示該材料A中的奈米碳管13確實以直立的方式結合在該熱釋電體基材11的表面
上。
(2)熱釋電效應:該熱釋電材料A屬於焦電材料,經人工高壓電場飽和極化處理之焦電材料的自發極化強度約為1.0μC/cm2以上,已知電氣石之自發極化強度通常為0.011μC/cm2,顯然在本發明的熱釋電材料A相較於電氣石具有更顯著的熱釋電效應。
(3)主要透光光譜波長:已知石英岩的化學成分與瑪瑙雷同,兩者都是二氧化矽類礦物,但由於兩者結晶結構稍有差異,以及石英礦物中除了含有石英作為主要礦物外,可能還含有雲母等類礦物及赤鐵礦、針鐵礦等成分,而使兩者的FTIR光譜的吸收峰出現的位置略有不同。在石英岩的FTIR光譜中,代表Si-O鍵伸縮振動頻率的紅外吸收光譜帶主要出現在1000cm-1~1350cm-1處,對本具體例中混合瑪瑙與石英岩的熱釋電體基材原料進行FTIR光譜量測,其結果如圖8所示,顯示混合兩種礦物材料的該熱釋電體基材原料的主要吸收峰位置在波數1043.451cm-1處,且在該位置處的透過率約0.57,表示波數為1043.451cm-1的光能在通過該熱釋電體基材時被吸收了0.43(43%),該波數值換算為波長約為9.6μm,已知生物體(包含人體)發射波長約為9.6μm。因此,該熱釋電體基材原料被進一步製成可能會與人體相接觸的產品時,應可與人體所所散發的紅外電磁波形成共振效應,再配合高壓電場極化處理以
達到最高剩餘極化強度(Pr)以提升材料電荷產出及更佳電荷的吸收效率,而能達到較佳的使用效果。
另外,如圖9所示,為現有新疆產黑色電氣石的波長對發射率的發射光譜圖,現有電氣石發射光譜波長範圍為2~20μm,雖然其範圍涵蓋人體發射波長9.6μm,但如圖9所示,其振動波峰是在4.3μm處,而在屬於人體發射波長的9.6μm處,反而是其發射率與強度的最弱點,故其偶極子分子振動頻率與人體散發之紅外電磁波並不相匹配,無振動偶合發生而無法形成共振效應來增加其振動能,致使壓電效應較低,所產生的紅外活性吸收相對較小,且離子載子流小,熱釋電效應低。顯示將電氣石應用在人體身上時,雖然能藉由電氣石產生負離子的作用提供保健效果,但其所產生的負離子激發及吸收效率並不理想。
取依<具體例1>的製法所製得的熱釋電材料A與聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,簡稱為PET)母粒混合為一複合原料,混合比例為98.7重量份的PET母粒添加1.3重量份的熱釋電材料A(即熱釋電材料A在該複合原料中的添加量為1.3wt%),依現有紡絲製程使其熔融並抽絲為纖維,再將所製出的纖維織成布材,並裁切出大小約3cm×5cm的布塊作為測試樣品a。以顯微鏡觀察所製出的纖維的外觀,並將該纖維製成的樣品a送到中華人民共和國國家紡織製品質量監督檢驗中心,進行原樣與洗滌50次後的負離子產生濃度的測試,所用的測試方法
標準為CTTC F024-2007。
請配合參考附件1,為中國紡織科學研究院測試中心所出具的檢驗報告,其結果顯示,樣品a未洗滌前之原樣所釋放的負離子濃度為6050個/cm3,洗滌50次後所釋放的負離子濃度則為5330個/cm3,另外,對該新疆產電氣石材料進行負離子濃度量測的結果顯示其負離子濃度最大為1000個/cm3,顯然本發明的複合材料即使經過紡絲製程處理,仍保有產生負離子的能力,且所製出的織布產品於單位體積所產生的負離子量仍遠高於單純的電氣石材料的負離子產生量,因此,由本發明熱釋電材料A製出的產品的負離子釋放濃度已高於電氣石材料的負離子釋放濃度此一事實,也可以說明本發明的熱釋電材料相較於電氣石,將能產生更高濃度且更多量的負離子,確實具有極高效的熱釋電效應與實用價值,在應用上有更佳的保健效果。
此外,由樣品a經洗滌50次以後,其負離子的釋放量仍維持在原樣的88%以上,且還遠高於電氣石材料的負離子產生量的結果來看,本發明的熱釋電材料不但可以和高分子聚合物穩固結合,經加工處理後仍然保有穩定釋放負離子的性能,故確實具有作為機能性產品的實用性與耐用性。
另外,如圖11所示,為<具體例1>中的熱釋電材料A與PET之複合原料抽製的纖維在電子顯微鏡下呈現的外觀型態,纖維表面凸起物即為熱釋電材料A的邊緣部分,即熱釋電材料A的主體大部分已滲填入纖維內部,並
與PET材料形成緊密結合的纖維結構體,因此,當將纖維進一步織成布材時,即使經過多次水洗,樣品A仍不易自纖維脫落,配合上述水洗試驗結果,顯示本發明熱釋電材料確實能穩固結合在纖維中,且承受多次水洗也不易脫落,因而能使該熱釋電纖維與布材永遠保持穩定釋放負離子的特性,確實具有應用於機能性產品的實用性與耐用性。
取<具體例1>所述方法製備出的熱釋電材料A,將其分別配製成濃度50μg/ml、100μg/ml與200μg/ml的試液a1、a2與a3備用,另外取矽土(即能抑制自由基之奈米矽片)配製為濃度50μg/ml與100μg/ml的試液,以作為對照的試驗組。將前述試液分別與經0.01μg/ml之脂多醣體(lipopolysaccharide,簡稱為LPS)誘發的小鼠單核巨噬細胞RAW264.7一起培養24小時後,以西方墨點法(western blot)測定其誘導型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,簡稱為iNOS)和β-肌動蛋白(β-actin)的表達(expression)情形。為了判別LPS的作用,另外設置未經LPS誘發只有巨噬細胞的空白試驗組一,及未添加任何測試試液之LPS誘發的巨噬細胞的空白試驗組二,在與前述試液試驗組相同的培養環境與條件下進行培養,且同樣以西方墨點法分別測定其iNOS與與β-actin蛋白質的表達情形。將前述測定中有關iNOS蛋白質表現量之結果繪製為直條圖,其結果如圖10所示。
其中,iNOS是與發炎反應有關的蛋白質,故可
由iNOS的表現量判斷發炎情形。iNOS主要存在發炎細胞,當這些細胞受到細菌毒素或發炎細胞激素刺激,將大量分泌一氧化氮,以藉由強氧化力執行殺菌或其他身體免疫調節功能,一氧化氮在人體內進行上述各種功能的同時,由於其兼具威力極強的抗氧化劑功能,而成為一強力的自由基,故醫學上採用抑制一氧化氮(NO)自由基的生成為評估抗發炎活性的主要方法之一。雖然也可以透過藥物類固醇抑制,但會產生全身腫脹等許多併發症。
如圖10所示,道1(lane 1)為正常狀態下且未給予LPS誘發發炎反應的細胞,其發炎蛋白iNOS並無顯著表現,道2(lane 2)為相同細胞給予LPS誘發發炎反應後的結果,可以發現有大量的iNOS表現,表示其為發病組,以道2的iNOS表現量作為100%之基準,並將其繪製成長條圖。道3~道5(lane 3~lane5)結果顯示,隨著熱釋電材料A的濃度越高,對iNOS的抑制效果越佳,且在熱釋電材料A的濃度為100μg/ml時,即具有統計上的差異,而在更高濃度之200μg/ml時,iNOS的表現量僅剩61.39%,相較於道6(lane 6)與道7(lane 7)的矽土對照組,可以明顯看出熱釋電材料A確實有效抑制發炎蛋白iNOS的產生,因而可提供舒緩發炎反應的效果,據此表示僅添加萬分之二(即濃度為0.02%)的熱釋電材料A,就能抑制約40%的發炎反應,再配合熱釋電材料A的濃度越高,則對iNOS的表現量抑制越明顯的結果來看,也顯示本發明的熱釋電材料確實有抑制發炎反應的功效。此外,再搭配<具體例2>的負離子濃
度測試結果,也可以說明,本發明的熱釋電材料能有效抑制發炎反應,應該與其能釋放高濃度負離子的作用有關。承上所述,已知自由基就是缺少配對電子的物質,因此,當使用者穿上有添加本發明熱釋電材料的衣物時,靠著身體與衣物上的熱釋電材料的相互作用而形成的高效熱釋電效應,可以無時無刻提供大量電子給使用者身體以消除自由基,達到抑制發炎的效果。
取<具體例1>所述方法製備出的熱釋電材料A,另外以<具體例1>所述的方法分別製備出熱釋電材料B、熱釋電材料C與熱釋電材料D。熱釋電材料B為熱釋電材料A的差別僅在於製造時未添加奈米金粒子,即為熱釋電體基材原料與奈米碳管(奈米碳管添加比例與熱釋電材料A相同)混合後經由施加高壓電場與超音波振盪以均勻分散後製得。熱釋電材料C則為未添加奈米碳管,即為熱釋電體基材原料與奈米金粒子(奈米金粒子比例與熱釋電材料A相同)混合後經由施加高壓電場與超音波振盪後製得。熱釋電材料D為未添加奈米碳管也未添加奈米金粒子,僅由熱釋電體基材原料經由施加高壓電場與超音波振盪後製得,將上述材料A、B、C、D依<具體例2>所述的方法分別製成纖維,並進一步織造為含有材料A、B、C、D的布材a’、b’、c’、d’,分別裁取3公克的布材a’、b’、c’、d’作為測試樣品a”、b”、c”、d”,依據「GB/T 20944.3:2008紡織品抗菌性能的評價-第3部分:振盪法」所述的方式進
行紡織品抗菌性能評估測議,用於測試的菌種為白色念珠菌(Candida albicans,保存編號為ATCC 1023),並另外裁剪完全未添加材料A、B、C、D的相同材質布材作為對照樣品,測試結果如下表-1所示:
表-1的結果顯示,添加有本發明的熱釋電材料A、B、C、D的纖維織造出的布材a’、b’、c’、d’皆具有抗菌效果,且即使未添加奈米金粒子與奈米碳管,只對熱釋
電體基材施加高壓電場極化所獲得的熱釋材料仍能提供高達86%以上的抑菌率,該等材料的優異的抑菌效能應該也與本發明的熱釋電材料具有高效熱釋電效應而能提供大量電子有關,因此,本發明的熱釋電材料確實具有高效的熱釋電效應,並能應用在抑菌產品上。
值得一提的是,為了驗證本發明結合熱釋電材料的布材產品的機能特性,進一步取含有熱釋電材料A的布材a’製成女用內褲,並進行臨床試驗,試驗結果證實,穿著含有本發明熱釋電材料A的內褲的受試者,其經痛症狀獲得明顯改善,顯然本發明的熱釋電材料確實有符合實用的機能。前述臨床試驗結果已被收納入美國臨床試驗結果數據庫(Clinical Trials)中,實驗編號為NCT01449305。
綜上所述,本發明熱釋電材料10與其製造方法,及由其所製成的高效熱釋電纖維100,可獲致下述的功效及優點,故能達到本發明的目的:
一、藉由選擇其主要振動頻率範圍涵蓋該應用目的物的主振動頻率,且具有極性與磁性的該熱釋電體基材11,再經由施加高壓電場的處理程序,就能增強該材料10的自發極化強度,使其更容易與應用目的物相互作用形成共振效應,因而使該熱釋電材料10能提供高效的熱釋電效應,且因共振吸收截面積之增大使該應用目的物大幅提升對該材料10所釋放電荷之高效吸收,而有更佳的實用價值。
二、除了使用單獨的熱釋電體基材11製成該熱釋電材料10外,該熱釋電體基材11結合該奈米金粒子12或該奈米碳管13的設計,能利用該奈米金粒子12與奈米碳管13的特性,使該熱釋電材料10產生更顯著的自發極化效應,並能藉由奈米碳管13的場致電子發射作用增進電子發射效率,而賦予該熱釋電材料10形成更高效的熱釋電效應。
三、藉由對熱釋電體基材原料、奈米金粒子原料,及奈米碳管原料施加交變高壓電場進行極磁化,就能增強該熱釋電體基材11的極化強度,並使該等奈米金粒子12與該等奈米碳管13牢固地結合於該等熱釋電體基材11上,進而能利用奈米金粒子12與奈米碳管13的特性增強該熱釋電體基材11的熱電效應,使本發明製造方法能製出具高效熱釋電特性的材料10,極具實用價值。
四、藉由熔融抽絲方式,使熱釋電材料10穩定結合在高分子聚合物基材30中所製出的纖維100,能提供穩定的熱釋電性,並使以該纖維100製成的產品能產生有效高濃度的負離子,因而使以該纖維100製成的織布產品也被賦予穩定高效的熱釋電效應,而能成為高機能性產品,並有助於提供更佳的保健效果。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修
飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧熱釋電材料
11‧‧‧熱釋電體基材
111‧‧‧第一表面
112‧‧‧第二表面
12‧‧‧奈米金粒子
13‧‧‧奈米碳管
Claims (19)
- 一種熱釋電材料,包含:一熱釋電體基材,為具有極性與磁性的材料經施加高壓電場極化而獲得。
- 如請求項1所述的熱釋電材料,是使該熱釋電體基材與一奈米金粒子原料相混合為一預混物後,再以交流電對該預混物施加高壓電場極化。
- 如請求項1所述的熱釋電材料,是使該熱釋電體基材與一奈米碳管原料相混合為一預混物後,再以交流電對該預混物施加高壓電場極化。
- 如請求項1所述的熱釋電材料,是使該熱釋電體基材與一奈米金粒子原料、一奈米碳管原料相混合為一預混物後,再以交流電對該預混物施加高壓電場極化。
- 如請求項1至請求項4中任一項請求項所述的熱釋電材料,是應用於一應用目的物上,並選擇主要振動頻率能夠涵蓋該應用目的物所散發的電磁波的主振動頻率且具有極性與磁性的材料作為該熱釋電體基材。
- 如請求項5所述的熱釋電材料,其中,該應用目的物為人體、汽柴油或水,且是將該熱釋電材料添加到一選自下列群組的產品中:纖維、內燃機材料及解離水的材料。
- 如請求項3或請求項4所述的熱釋電材料,其中,該奈米碳管選自於單壁或多壁奈米碳管,且是呈豎立狀態結合在該熱釋電體基材上。
- 一種熱釋電材料的製造方法,包含下列步驟:(a)提供一熱釋電體基材原料,該熱釋電體基材原料包括多個分別具有極性與磁性的熱釋電體基材;及(b)對該熱釋電體基材原料施加高壓電場極化,就能製得多個熱釋電材料。
- 如請求項8所述的熱釋電材料的製造方法,還包含一個介於步驟(a)與步驟(b)之間的步驟(a-1),步驟(a-1)是使該熱釋電體基材原料與一包括多個奈米金粒子的奈米金粒子原料相混合,且步驟(b)是以交流電對相混合的該熱釋電體基材原料與該奈米金粒子原料施加該高壓電場極化。
- 如請求項8所述的熱釋電材料的製造方法,還包含一個介於步驟(a)與步驟(b)之間的步驟(a-2),步驟(a-2)是使該熱釋電體基材原料與一包括多個奈米碳管的奈米碳管原料相混合,且步驟(b)是以交流電對相混合的該熱釋電體基材原料與該奈米碳管原料施加高壓電場極化。
- 如請求項8所述的熱釋電材料的製造方法,還包含一個介於步驟(a)與步驟(b)之間的步驟(a-3),步驟(a-3)是使該熱釋電體基材原料與一包括多個奈米金粒子的奈米金粒子原料、一包括多個奈米碳管的奈米碳管原料相混合以形成一預混物,且步驟(b)是以交流電對該預混物施加高壓電場極化。
- 如請求項9至請求項11中任一請求項所述的熱釋電材 料的製造方法,其中,在步驟(b)中,於施加高壓電場極化後,還對步驟(b)中的原料施加頻率為0.5~20GHz的超音波振盪,以使混合材料分散、跳動。
- 如請求項8至請求項11中任一項請求項所述的熱釋電材料的製造方法,其中,在步驟(a)中,還配合該熱釋電材料於應用時所針對的一應用目的物選擇該熱釋電體基材原料,且是選擇主要振動頻率能夠涵蓋到該應用目的物所散發的一電磁波的主振動頻率且具有極性與磁性的材料作為該熱釋電體基材原料。
- 如請求項13所述的熱釋電材料的製造方法,其中,在步驟(a)中的該應用目的物為人體、汽柴油或水,且是將步驟(b)所製出的該熱釋電材料添加到一選自下列群組的產品中:纖維、內燃機材料及解離水的材料。
- 如請求項8至請求項11中任一項請求項所述的熱釋電材料的製造方法,其中,在步驟(a)中,是先對一礦物材料進行磁化礦選與靜電電選以篩選出具有極性與磁性的該熱釋電體基材原料。
- 如請求項15所述的熱釋電材料的製造方法,其中,在步驟(a)中,是先使該礦物材料解理細化至面寬約1mm以下的碎片後,再將其送入磁選機,並將磁輥之磁場強度設定為1.5特斯拉進行粗選作業以篩選出具有弱磁性的礦物材料,再將篩選出的感磁礦物材料細化為尺寸大小約為0.3~50μm的顆粒,並以磁場強度800~1600kA/m磁選出最低磁化係數大於3×10-4cm3/g的顆 粒,並以104~105V/m的高壓交流電場極化該等細碎的篩選顆粒,及藉由電場的加入使該等篩選顆粒的偶極矩規則排列而使該等顆粒的晶體表面呈現電性,再經由靜電礦選出具極性的顆粒,以獲得可作為熱釋電體基材的礦物材料。
- 一種高效熱釋電纖維,是將多個如請求項1至請求項4中任一項請求項所述的熱釋電材料,與一高分子聚合物基材相混合為一複合原料,再經熔融與抽絲而製得。
- 如請求項17所述的高效熱釋電纖維,其中,該複合原料從一噴絲孔沿一絲軸方向射出而未冷卻定型前,還受一與該絲軸方向垂直施加的電場的作用,所施加的電場是由直流電形成,其電場強度為106V/m~109V/m。
- 一種高效熱釋電纖維,是將多個如請求項8至請求項11中任一項請求項所述的製造方法所製出的熱釋電材料,與一高分子聚合物基材相混合為一複合原料,再經熔融與抽絲而製得。
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