TW202311015A - 有機壓電薄膜、積層體及有機壓電薄膜的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種有機壓電薄膜,其壓電常數d
33的變異係數及壓電常數d
31的變異係數中至少其一為0.01以下,壓電常數d
33及壓電常數d
31中至少其一為1pC/N以上,且每1m
2的缺陷數小於0.2個;以及一種有機壓電薄膜的製造方法,包含以滿足公式:ln(Cρ)≥-17 (C為電容(pF),ρ為導電率(S/m))之覆蓋膜被覆含有經極化處理而具有壓電性之聚合物的原料膜之一面的被覆步驟,及以極化裝置中為高電位側之施加電擊與覆蓋膜對向的方式,將被覆有該覆蓋膜的原料膜設置於極化裝置中並進行極化處理的極化步驟。
Description
本發明係關於一種有機壓電薄膜、積層體及有機壓電薄膜的製造方法。
有機壓電薄膜由於具有可撓性,故可應用於各種用途,例如可用於壓電感測器、轉換器及紅外線焦電感測器等各種壓電元件,以及能夠偵測觸控壓力的觸控面板、壓力感測器等、觸覺裝置、震動發電裝置、平板喇叭等機器構件。
近年來,大面積有機壓電薄膜的開發正在逐步發展,以減少壓電性的面內偏差及無法發揮壓電性的位置(以下稱為缺陷)為目標的各種研究也如火如荼地進行。例如,專利文獻1中,作為壓電性的面內偏差小的有機壓電薄膜,揭示了壓電常數d
33的變異係數為50%以下的有機壓電薄膜;專利文獻2中揭示了耐壓缺陷值300V/μm以上,具有高電絕緣性及耐壓性的偏二氟乙烯類聚合物薄膜。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2016-219804號公報
[專利文獻2] 國際公開第2015/064325號
[發明所欲解決之問題]
雖如上所述,提出了壓電常數d
33的變異係數比較小的有機壓電薄膜、或顯示出高耐壓性的有機壓電薄膜的方案,但在追求有機壓電薄膜大面積化的現狀下,在降低壓電性的面內偏差方面還有進一步改進的空間。
因此,本發明之目的在於提供一種壓電性的面內偏差小、且缺陷數少的有機壓電薄膜,及具備該有機壓電薄膜之積層體。此外,本發明之另一目的在於提供一種能夠容易地製造壓電性的面內偏差小、且缺陷數少的有機壓電薄膜的製造方法。
[解決問題的技術手段]
本發明人等為解決上述課題,對有機壓電薄膜的製造方法進行了各種研究。結果發現,藉由對被覆有滿足特定條件的覆蓋膜的原料膜進行極化處理,可以解決上述課題,從而完成了本發明。
亦即,本發明包含以下理想之態樣。
[1] 一種有機壓電薄膜,
壓電常數d
33的變異係數及壓電常數d
31的變異係數中至少其一為0.01以下,
壓電常數d
33及壓電常數d
31中至少其一為1pC/N以上,且
每1m
2的缺陷數小於0.2個。
[2] 如[1]所述之有機壓電薄膜,其中,每1m
2的皺褶數為1個以下
[3] 如[1]或[2]所述之有機壓電薄膜,其中,該有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d
33為5pC/N以上。
[4] 如[1]~[3]中任一項所述之有機壓電薄膜,其中,該有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d
33為20pC/N以上。
[5] 如[1]~[4]中任一項所述之有機壓電薄膜,其中,該有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d
31為2pC/N以上。
[6] 如[1]~[5]中任一項所述之有機壓電薄膜,其中,該有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d
31為13pC/N以上。
[7] 如[3]~[6]中任一項所述之有機壓電薄膜,其中,該極化氟類聚合物含有選自由偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物及偏二氟乙烯同元聚合物所組成的群組中至少一種聚合物。
[8] 如[1]~[7]中任一項所述之有機壓電薄膜,其中,該有機壓電薄膜之捲曲度為1mm以下。
[9] 一種積層體,包含:
如[1]~[8]中任一項所述之有機壓電薄膜;及
電極,與該有機壓電薄膜之一面的至少一部分連接。
[10] 一種有機壓電薄膜的製造方法,包含:
被覆步驟,以滿足公式:
ln(Cρ)≥-17
[式中,C為電容(pF),ρ為導電率(S/m)]
之覆蓋膜,被覆含有經極化處理而具有壓電性之聚合物的原料膜之一面側的至少一部份;及
極化步驟,以該施加電極與該覆蓋膜對向、且該接地電極與該原料膜之另一面連接的方式,將被覆有該覆蓋膜的原料膜設置於具備施加電極和接地電極的極化裝置中,並進行極化處理。
[11] 如[10]所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,該極化步驟係於已將抵抗由該極化處理所生之原料膜的收縮應力之力賦予該原料膜之狀態下進行。
[12] 如[10]或[11]所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,在極化步驟之前,還進一步包含將原料膜固定於基材的固定步驟,該極化步驟係於該原料膜固定在該基材上的狀態下進行。
[13] 如[12]所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,該固定步驟包括
塗覆步驟,將含有因經極化處理而具有壓電性之有機材料的塗覆液,塗覆於基材上而形成塗覆膜;及
原料膜形成步驟,從該塗覆膜獲得原料膜,
並對由該原料膜形成步驟中所獲得之原料膜進行該被覆步驟
[14] 如[10]~[13]中任一項所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,藉由施加張力,對該原料膜及該覆蓋膜中至少其一,賦予至少一部份抵抗由該極化步驟所生之該原料膜的收縮應力之力。
[15] 如[10]~[14]中任一項所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,該極化步驟中之極化處理,係在該施加電極與該覆蓋膜之間設置空間進行。
[16] 如[10]~[15]中任一項所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,該覆蓋膜的材料含有纖維素及矽中至少其一。
[17] 如[10]至[16]中任一項所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,還進一步包含使該原料膜結晶化的結晶化步驟。
[發明之功效]
依據本發明,可提供一種壓電性的面內偏差小、缺陷數少的有機壓電薄膜,及具備該有機壓電薄膜的積層體,以及該有機壓電薄膜的製造方法。
以下,針對本發明之實施形態進行詳細的說明。又,本發明之申請專利範圍並不限於此處所說明之實施形態,而可於不悖離本發明之精神的範圍內進行各種變更。又,本說明書中,以「~」之符號所表示表示的數值範圍,係包含其上限及下限。
<有機壓電薄膜>
本發明之有機壓電薄膜係為具有壓電性的薄膜,舉例而言,係為含有後述之壓電性聚合物的薄膜。本發明之有機壓電薄膜中,顯示壓電特性的指標之一的壓電常數d
33的變異係數及壓電常數d
31的變異係數中至少其一為0.01以下,且壓電常數d
33及壓電常數d
31中至少其一為1pC/N以上,每1m
2的缺陷數小於0.2。本發明之有機壓電薄膜與以往的有機壓電薄膜相比,壓電性的面內偏差小且缺陷數少。此外,於一理想實施形態中,本發明之有機壓電薄膜表面產生的皺褶少。
[壓電常數]
於一理想實施形態中,本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
33為1pC/N以上。在要求具有壓電常數d
33作為壓電特性的用途中,如果壓電常數d
33小於1pC/N,則不能獲得足夠的壓電特性。雖然壓電常數d
33可能根據有機壓電薄膜的用途或使用態樣等而不同,但從獲得更高的壓電特性的觀點來看,以5pC/N以上為佳,以10pC/N以上為較佳,以12pC/N以上為更佳,以15pC/N以上為進一步更佳,以17pC/N以上為特佳,以20pC/N以上為特別更佳,以22pC/N以上為極佳,以25pC/N以上為極其佳。
本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
33係利用以下方法所求出,於後述之實施例中亦同。測量裝置可使用先導科技公司(Lead Techno Co., Ltd.)製的壓電計系統(產品名稱:LPF-02),或使用其同等品。此測量裝置的探針與有機壓電薄膜的接觸面積為0.03mm
2。然後,以此測量裝置,測量有機壓電薄膜上排除恣意性而選擇的9個點的壓電常數d
33,並將其算術平均值作為該有機壓電薄膜的壓電常數d
33。本發明中,在薄膜上排除恣意性而選擇9個點係指,舉例來說,可藉由在長50mm、寬50mm的範圍內,選擇各自間隔15mm以上的9個點來進行。所謂恣意性係指使後述的變異係數變小之意圖。此外,雖壓電常數d
33的測量值係根據所測量的薄膜的一面和另一面(表面和背面)而為正值或負值,但於本說明書中,將壓電常數d
33的值記載為其絕對值。
於一理想實施形態中,本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
31為1pC/N以上。在要求具有壓電常數d
31作為壓電特性的用途中,如果壓電常數d
31小於1pC/N,則不能獲得足夠的壓電特性。壓電常數d
31根據有機壓電薄膜的用途或使用態樣等而不同,但從獲得更高的壓電特性的觀點來看,以2pC/N以上為佳,以4pC/N以上為較佳,以6pC/N以上為更佳,以8pC/N以上為進一步更佳,以10pC/N以上為特佳,以11pC/N以上為特別更佳,以12pC/N以上為極佳,以13pC/N以上為極其佳。
本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
31係利用以下方法所求出。在有機壓電薄膜上排除恣意性而選擇10處,在該10處的兩面使用Cryovac公司製的電阻加熱蒸鍍裝置(產品名稱:CVZ-RHD300-08)形成金製電極,形成10處的積層區域。其後,將各積層區域切出成為10個積層體,測量各積層體的壓電常數d
31。測量裝置可使用先導科技公司(Lead Techno Co., Ltd.)製的壓電計系統(產品名稱:LPF-03),或使用其同等品。然後,以此測量裝置測量上述各積層體的壓電常數d
31,並將其算術平均值作為該有機壓電薄膜的壓電常數d
31。本發明中,在薄膜上排除恣意性而選擇10處係指,舉例來說,可藉由在長100mm、寬100mm的範圍內,選擇尺寸為長20mm、寬5mm,中心之間的距離各自間隔15mm以上的10處區域來進行。此時,金電極的尺寸、進一步為積層體的尺寸,即成為長20mm、寬5mm。所謂恣意性係指使後述的變異係數變小之意圖。
[變異係數]
本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
33的變異係數,係上述「壓電常數d
33」的標準差相對算術平均之比值。同樣地,本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
31的變異係數,係上述「壓電常數d
31」的標準差相對算術平均之比值。本發明之有機壓電薄膜中,由於壓電常數d
33的變異係數及壓電常數d
31的變異係數中至少其一為0.01以下,壓電性的面內偏差可以說是非常小。本發明之有機壓電薄膜的壓電常數d
33的變異係數及壓電常數d
31的變異係數,從更加降低壓電性的面內偏差的觀點來看,皆以0.005以下為佳,以0.001以下為較佳。
另外,儘管不希望被理論束縛,但認為壓電常數d
33的變異係數與壓電常數d
31的變異係數之間,成立若其中一方小,則另一方亦小的關係。有機壓電薄膜的壓電特性係因有機壓電薄膜中的偶極子的取向方向一致而產生。然後,壓電常數d
33的大小,由在有機壓電薄膜的厚度方向延伸的每單位面積的偶極子的大小與數量決定。同樣地,壓電常數d
31的大小,由在與有機壓電薄膜的厚度方向正交的方向延伸的每單位面積的偶極子的大小和數量決定。因此,在由特定材料形成的有機壓電薄膜中,假設有機壓電薄膜整體的組成均勻,則在任何區域內,每單位面積中所含的偶極子的大小和數量都是一定的。並且,由此有機壓電薄膜的壓電常數d
33的變異係數小(在複數區域中的偏差小)這一點來看,可以說在任何區域中,偶極子的取向方向均同為同一方向(厚度方向)。如此一來,由於能夠對壓電常數d
31的大小發揮正面幫助的偶極子,在與厚度方向正交的方向延伸的每單位面積中的數量少,可以說壓電常數d
31的變異係數亦會變小。
[缺陷數]
缺陷係有機壓電薄膜中不發揮壓電性的位置,具代表性者為以黑點的形式觀察到的部分。減少缺陷的數量,也能改善有機壓電薄膜的面內均勻性。缺陷的大小沒有特別限制,但在本說明書中,將直徑為0.01mm
2以上的黑點視為缺陷。另外,缺陷多以約0.01mm
2~1mm
2的黑點的形式被觀察到。本發明之有機壓電薄膜的缺陷數為每1m
2小於0.2個。如果缺陷數為0.2個以上,則無法充分降低壓電常數d
33的變異係數。上述缺陷的個數,以0.15個以下為佳,以0.1個以下為較佳,以0.05個以下為更佳,以0.01個以下為特佳。此外,本發明之有機壓電薄膜的缺陷總面積,從更容易提高有機壓電薄膜的面內均勻性的觀點來看,每1m
2以小於0.2mm
2為佳,以0.15mm
2以下為較佳,以0.10mm
2以下為更佳,以0.05mm
2以下為特佳,以0.01mm
2以下為特別更佳,以0.001mm
2以下為極佳,以0.0001mm
2以下為極其佳。缺陷的個數及其總面積可以使用市售的圖像分析軟體等進行分析來取得,也可以用目測或以各種顯微鏡等來測量。此外,亦可在有機壓電薄膜之兩面的整個面上形成電極,藉由檢測兩個電極間是否能夠導電來確認有機壓電薄膜是否具有缺陷。例如,在一定尺寸的有機壓電薄膜之兩面的整個面上形成金電極,使用市售的測試儀等來確認導電性。如果有機壓電薄膜中存在即便是一個缺陷,則一面上的電極和另一面上的電極會通過該缺陷電連接而導電。另一方面,如果沒有缺陷,則一面上的電極和另一面上的電極因無法電連接而不導電,此有機壓電薄膜的缺陷數即為零。此方法用於檢測無法目測發現的缺陷十分有效。
[皺褶]
本發明之有機壓電薄膜於一理想實施形態中,局部凹凸的所謂皺褶少,表面平滑性高。產生皺褶之部分的壓電常數,因其厚度不同,容易與未產生皺褶之部分的壓電常數不同。因此,皺褶少的本發明之有機壓電薄膜不僅壓電性的面內偏差小,皺褶也少,因此在對光學材料等的有機壓電薄膜的表面平滑性要求高的領域中易於作為材料使用。本說明書中,有機壓電薄膜的皺褶,係指在壓電薄膜的厚度方向上具有0.04mm(40μm)以上的最大高度或深度,且長度為2mm以上的凹凸。另外,一面上的凸部經常作為另一面上的凹部被觀察到。本發明之有機壓電薄膜的皺褶數為每1m
21個以下,以0.5個以下為較佳,以0.1個以下為更佳。皺褶的數量及其高度和深度可以使用市售的圖像分析軟體等進行分析來取得,也可以用目測測量。作為目測測量之一例,舉例而言,如以下之方式:
(1) 在有機壓電薄膜中,將可以目測識別的皺褶的高度或深度以蝕針式表面形狀測量器(科磊公司(KLA-Tencor Corporation)製,產品名稱:P-10)測量。
測量條件:Rate:100um/sec,Range:327um,Stylus Radius:2um,Force:1mg
(2) 用尺測量高度(或者亦可測量其深度)在40μm以上的皺褶的長度。此時,對於彎曲的皺褶,取起點至終點的直線距離作為皺褶的長度。
(3) 對有機壓電薄膜的表面(或背面)進行上述(1)、(2),將其數量定義為皺褶的數量。
推測有機壓電薄膜所產生的皺褶,是進行後述之極化處理時,原料膜中可具有壓電性之聚合物(以下稱為原料聚合物)中的偶極子的取向方向一致所引起的。在極化處理中,在此之前分別朝向各種方向的原料聚合物中的偶極子,其取向方向隨著電場的方向(具代表性者,為與原料膜的面方向略為垂直的方向)變動,使各原料聚合物中的偶極子的取向方向趨於一致。因為在此之前並未順著電場方向的原料聚合物中的偶極子朝順著電場的方向變動,從而產生使原料膜收縮的應力。推測由於此應力不足以改變原料膜本身的密度(使原料膜收縮),故而在原料膜(有機壓電薄膜)中產生了皺褶。本發明人等發現,在極化處理時對原料膜施加抵抗上述應力的力,可以預防皺褶的產生,並且可以形成皺褶少的有機壓電薄膜。
[材質]
本發明之有機壓電薄膜含有壓電性聚合物。壓電性聚合物係指表現出壓電性之聚合物,具代表性者,為源自原料聚合物,而在原料聚合物中取向方向並非一致的偶極子之取向方向趨於一致者。壓電性聚合物只要可以發揮出期望的壓電特性,即可容許原料聚合物的一部分以無助於發揮壓電性的狀態保留在有機壓電薄膜中。原料聚合物,舉例而言,包括極化鹵素類聚合物(特別是極化氟類聚合物)、極化氰基類聚合物、醯胺類聚合物、奇數鏈尼龍類聚合物及聚尿素,以及這些聚合物的組合等。其中,從易於得到壓電常數d
33及/或壓電常數d
31高的有機壓電薄膜的觀點來看,本發明之有機壓電薄膜以含有極化氟類聚合物為佳。極化氟類聚合物之例,包括至少含有源自偏二氟乙烯的重複單元的聚合物,例如包括選自於由偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物,及偏二氟乙烯同元聚合物中的至少一種聚合物。此外,極化鹵素類聚合物包括含有源自以後述之式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類單體之結構單元的(甲基)丙烯酸類聚合物。含有源自以式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類單體之結構單元的(甲基)丙烯酸類聚合物,雖根據極化處理條件或與其他壓電性聚合物的混合而可能為極化鹵素類聚合物,但也未必會是極化鹵素類聚合物,在這種情況下,以式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類聚合物並非壓電性聚合物,而是作為除了壓電性聚合物之外進一步可含有之壓電性聚合物以外的聚合物來處理。此等共聚物可含有源自其他單體的重複單元。有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,本發明之一個較佳態樣中,壓電常數d
33以5pC/N以上為佳,以10pC/N以上較佳,以15pC/N以上為更佳,以20pC/N以上為進一步更佳,以22pC/N以上為特佳,以25pC/N以上為特別更佳。此外,在該態樣中,壓電常數d
31以2pC/N以上為佳,以3pC/N以上為較佳,以5pC/N以上為更佳,以7pC/N以上為進一步更佳,以13pC/N以上為特佳,以15pC/N以上特別更佳,以17pC/N以上為尤佳。
本發明之有機壓電薄膜,從改善其物性的目的來看,亦可含有壓電性聚合物以外的其他材料。其他材料包括壓電性聚合物以外之聚合物或彈性體、抗氧化劑、紫外線吸收劑等添加劑、熱傳導性填充料、可塑劑、無機類壓電材料的粉末等,但並不限於此等材料。本發明之有機壓電薄膜可以單獨或組合兩種以上而含有此等其他材料。
本發明之有機壓電薄膜中,除了壓電性聚合物之外,可含有的壓電性聚合物以外之聚合物之一例,係為包含源自以下述式(I)所表示的丙烯酸類單體之結構單元,且重量平均分子量為100萬以上的丙烯酸類聚合物:
[化1]
[式中,R
1係為
碳原子數為1~10的烷基,其可被羥基、碳原子數為1~2的烷基,及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代,
碳原子數為3~12的烴基,其包含至少一個碳原子可被氧原子取代的碳原子數為3~6的脂環式烴基,
苯基亞烷基,其亞烷基部分的碳原子數為1~4,且亞烷基部分的一個-CH
2-可以被-O-取代,或
以-((CH
2)
m-O-)
n-X表示的基[式中,m及n分別表示2或3的數字,X表示氫原子或甲基] 。
(1)關於可被羥基、碳原子數1或2的烷基及/或碳原子數1~6的烷氧基取代的碳原子數1~10的烷基,從低失真特性的觀點來看,烷基的碳原子數以1~6為佳,以1~4為較佳。本說明書中,烷基可為直鏈狀或支鏈狀。烷基的例子包括如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、異戊基、新戊基、1 ,1-二甲基丙基、異戊基、正己基、異己基、正辛基等。此等碳原子數為1~10的烷基可被羥基、碳原子數為1或2的烷基及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代。
被羥基取代的碳原子數為1~10的烷基,其例包括羥甲基、羥乙基、羥基正丙基、羥基異丙基、羥基正丁基、羥基異丁基和羥基三級丁基等。
被碳原子數為1或2的烷基取代的碳原子數為1~10的烷基,係為以碳原子數1~10的烷基為主鏈,且該烷基的至少一個氫原子被碳原子數為1或2的烷基(甲基或乙基)取代的基。只要主鏈的烷基部分的碳原子數為1~10,烷基整體的碳原子數可以超過10。此種烷基之例,包括例如2-乙基己基等。另外,當烷基整體的碳原子數不超過10的基的情形,該基亦為包含在碳原子數1~10的支鍊狀烷基的定義中的基。
碳原子數為1~6的烷氧基中,烷基的碳原子數以1~4為佳,以1~2為較佳。烷氧基中的烷基可為直鏈狀或支鏈狀。
被碳原子數為1~6的烷氧基取代的碳原子數為1~10的烷基,以被碳原子數為1~6的烷氧基取代的碳原子數為1~6的烷基為佳。該基之例包括例如甲氧基乙基、乙氧基乙基和甲氧基丁基。
被羥基及碳原子數1~6的烷氧基取代的碳原子數1~10的烷基,其例如碳原子數1~6的羥基烷氧基及具有碳原子數1-6的烷基的基,具體而言,包括羥甲氧基乙基、羥乙氧基乙基、羥丙氧基丙基等。
上述烷基中,從易於獲得的觀點來看,以可被羥基及/或碳原子數為1~2的烷氧基取代的碳原子數為1~6的烷基為佳,以可被羥基及/或碳原子數1~2的烷氧基取代的碳原子數1~4的烷基為較佳,以可被羥基及/或碳原子數1~2的烷氧基取代的碳原子數1~2的烷基為更佳。
(2)關於包含碳原子數為3~6、其中至少1個碳原子可以被氧原子取代的的脂環式烴基的碳原子數為3~12的烴基,其中碳原子數為3~6的脂環式烴基的例子包括環己烷。
至少一個碳原子被氧原子取代的碳原子數3~6的脂環式烴基,其例包括碳原子數3的脂環式烴基的一個碳原子被氧原子取代的環氧基、碳原子數4的脂環式烴基的一個碳原子被氧原子取代的氧雜環丁烷環、碳原子數5的脂環式烴基的兩個碳原子被氧原子取代的二噁烷環,及碳原子數6的脂環式烴基的兩個碳原子被氧原子取代的二噁烷環等。此外,這些環上的氫原子可以被碳原子數1~2的烷基取代。又,包含碳原子數3~6的脂環式烴基的碳原子數3~12的烴基,以具有碳原子數為1~4、其中一個-CH
2-可被-O-取代的亞烷基部分,及上述碳原子數為3~6的環式烴基部分的基為佳。這種情況下,取代基的位置沒有特別限制,但以位於亞烷基部分與環結構連接的部分的氫原子被甲基或乙基取代為佳。又,當包括脂環式烴基的兩個碳原子被氧原子取代的結構時,以位於兩個氧原子之間的碳原子中至少一個氫原子被碳原子數為一或二的烷基取代為佳。如此的基的具體例子包括3-乙基-3-氧雜環丁烷甲基丙烯酸酯、(2-甲基-2-乙基-1, 3-二氧戊環-4-基)丙烯酸甲酯、環狀三羥甲基丙烷縮甲醛丙烯酸酯等。
(3)就亞烷基部分的碳原子數為1~4、亞烷基部分的一個-CH
2-可以被-O-取代的苯基亞烷基,該基以-(CH
2)
k-C
6H
5所表示的基,或以-(CH
2)
k-C
6H
5[k為2或3]所表示的基為佳。
(4)以-((CH
2)
m-O-)
n-X所表示的基[式中,m和n分別表示2或3的數,X表示氫原子或甲基],以甲氧基乙基為佳。
上述式(I)中的R
1,從容易提高有機壓電薄膜的電氣特性、柔軟性、伸縮性、耐變形性的觀點來看,以可被羥基、碳原子數為1或2的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷基取代的碳原子數為1~10的烷基為佳,以可被碳原子數為1或2的烷基取代的碳原子數2~8的烷基為較佳,以可被碳原子數為1或2的烷基取代的碳原子數2~8的烷基為特佳。
滿足上述式(I)的丙烯酸類單體的具體實例,包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸二級丁酯、丙烯酸三級丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸異戊酯、丙烯酸新戊酯、丙烯酸1, 1-二甲基丙酯、丙烯酸異戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸異己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸羥甲酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥正丙酯、丙烯酸羥異丙酯、丙烯酸羥正丁酯、丙烯酸羥異丁酯、丙烯酸羥三級丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸乙氧基乙酯、丙烯酸甲氧基丁酯、丙烯酸羥甲氧基乙酯、丙烯酸羥乙氧基乙酯、丙烯酸羥丙氧基丙酯、丙烯酸環己酯、丙烯酸氧雜環丁酯、二氧戊環丙烯酸酯、二噁烷丙烯酸酯、丙烯酸3-乙基-3-氧雜環丁烷基酯、2-甲基-2-乙基-1, 3-二氧戊環-4-基-甲基丙烯酸酯、環狀三羥甲基丙烷縮甲醛丙烯酸酯等。
本發明之有機壓電薄膜中依據情況所含有之丙烯酸類聚合物,可僅具有源自以上述式(I)所表示的一種的丙烯酸類單體之結構單元,亦可具有源自以上述式(I)所表示的兩種以上的丙烯酸類單體之結構單元。此外,本發明之有機壓電薄膜中依據情況所含有之丙烯酸類聚合物,只要在不損及本發明之有機壓電薄膜的特性之範圍內,亦可含有源自至少一種其他單體的結構單元。換言之,本發明之有機壓電薄膜中依據情況所含有之丙烯酸類聚合物,可為以上述式(I)所表示的丙烯酸類單體的同元聚合物,也可為上述式(I)所表示的兩種以上丙烯酸類單體的共聚物,亦可為以上述式(I)所表示的至少一種的丙烯酸類單體與至少一種的其他丙烯酸類單體所形成的共聚物。
可以與以上述式(I)所表示的丙烯酸類單體共聚的其他單體,其例包括含羧基的單體、提供以式(I)所表示之結構單元的丙烯酸類單體以外之羧酸烷基酯類單體、含醯胺基單體、含芳基單體、苯乙烯類單體、含氮原子單體、脂肪酸乙烯基酯類單體及甜菜鹼單體等。
含羧基的單體,其例包括(甲基)丙烯酸、馬來酸、富馬酸、檸康酸、中康酸、衣康酸和巴豆酸等。
提供以式(I)所表示之結構單元的丙烯酸類單體以外之羧酸烷基酯類單體,其例包括(甲基)丙烯酸十二烷基酯、硬脂(甲基)丙烯酸酯等烷基的碳原子數為11~20的烷基丙烯酸酯,衣康酸甲酯、衣康酸乙酯等烷基的碳原子數為1~4的衣康酸烷基酯等。
含醯胺基的單體,其例包括N-甲基(甲基)丙烯醯胺、N-乙基(甲基)丙烯醯胺、N-丙基(甲基)丙烯醯胺、N-異丙基(甲基)丙烯醯胺、N-三級丁基(甲基)丙烯醯胺、N-辛基(甲基)丙烯醯胺、N, N-二甲基(甲基)丙烯醯胺、N, N-二乙基(甲基)丙烯醯胺等,烷基的碳原子數為1~8的烷基(甲基)丙烯醯胺。
含芳基的單體,其例包括(甲基)丙烯酸芐酯等芳基的碳原子數為6~12的(甲基)丙烯酸芳基酯。
苯乙烯類單體,其例包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯等。
含氮原子的單體,其例包括N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己內醯胺等。
脂肪酸乙烯酯類單體,其例包括醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等。
甜菜鹼單體,其例包括N-丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧基甲基-N , N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧基甲基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧基乙基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧基乙基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧乙基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧乙基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧乙基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧乙基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧乙基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧乙基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丙基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨甲基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨乙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨丙基-α-磺基甜菜鹼、N-丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼、N-甲基丙烯醯氧丁基-N, N-二甲基銨丁基-α-磺基甜菜鹼等之N-(甲基)丙烯酰氧基烷基-N, N-二甲基銨烷基-α-磺基甜菜鹼等的磺基甜菜鹼單體等。
本發明之有機壓電薄膜中可含有之壓電性聚合物之一例,係為包含源自以下述式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類單體之結構單元的(甲基)丙烯酸類聚合物:
[化學2]
[式中,
R
2係表示氫原子、或碳原子數為1~3的烷基,其中R
2的至少一個氫原子可被鹵素原子取代,
R
3係表示碳原子數為1~10的直鏈狀或支鏈狀烷基、包含碳原子數為3~6的脂環式結構的碳原子數為3~12的脂環式烴基、苯基、或包含碳原子數為1~4的亞烷基的苯基亞烷基,
此處,前述烷基、前述脂環式烴基、前述苯基及前述苯基亞烷基的至少一個碳原子可被-O-、-N-或-S-取代,
前述烷基、前述脂環式烴基及前述亞烷基中的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~6的烷基及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代,
前述苯基及前述苯基亞烷基的苯環上的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~4的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基及/或氰基取代,
R
2的至少一個氫原子可被鹵素原子取代,
惟,R
2及/或R
3至少有一個氫原子被鹵素原子取代]。
上述式(II)中的R
2係表示氫原子、或碳原子數為1~3的烷基,此處R
2中的至少1個氫原子可被鹵素原子取代。碳原子數為1~3的烷基包括甲基、乙基、丙基等,此等烷基中的至少一個氫原子可被鹵素原子取代。鹵素原子以選自於由氟原子、氯原子、溴原子及碘原子所組成的群組中的至少一種原子為佳,以氟原子及/或氯原子為較佳,以氟原子為更佳。
R
2之具體實例,包括但不限於三氟甲基、二氟甲基、單氟甲基、三氟乙基、二氟乙基及單氯甲基等。
上述式(II)中的R
3係表示(1)碳原子數為1~10的直鏈狀或支鏈狀的烷基、(2)包含碳原子數為3~6的脂環式結構的脂環式烴基、(3)苯基、或(4)包含碳原子數為1~4的亞烷基的苯基亞烷基,此處,前述烷基、前述脂環式烴基、前述苯基及前述苯基亞烷基的至少一個碳原子,可被-O-、-N-或-S-取代;前述烷基、前述脂環式烴基及前述亞烷基的至少一個氫原子,可被羥基、碳原子數為1~6的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代;前述苯基及前述苯基亞烷基中的苯環上至少一個氫原子,可被羥基、碳原子數為1~4的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基、及/或氰基取代。此外,R
3的至少一個氫原子可被鹵素原子取代。
此處,R
3的至少一個氫原子可被鹵素原子取代,係指例如當R
3表示上述(1)碳原子數為1~10的直鏈狀或支鏈狀的烷基時,該直鏈狀或支鏈狀烷基含有的至少一個氫原子可被鹵素原子取代,在前述烷基的至少一個氫原子被羥基、碳原子數為1~6的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代的情形,取代基之碳原子數為1~6的烷基及/或碳原子數為1~6的烷氧基中的至少一個氫原子可被鹵素原子取代。當R
2為上述(2)~(4)之情形時也同樣如此。又,關於鹵素原子,已於R
2舉出前述之原子為例,關於R
2之鹵素原子的較佳記載也同樣適用於R
3。
碳原子數為1~6的烷基及碳原子數為1~6的烷氧基中,烷基的碳原子數可為1~4,以1~2為較佳。碳原子數為1~6的烷基及烷氧基中的烷基可為直鏈狀或支鏈狀。
當上述式(II)中的R
3表示(1)碳原子數為1~10的直鏈狀或支鏈狀的烷基時,從上述式(II)中所示的(甲基)丙烯酸類單體的可製造性的觀點來看,該烷基的碳原子數以1~6為佳,以1~4為較佳。本說明書中,烷基可為直鏈狀或支鏈狀。烷基之例,包括如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、二級丁基、三級丁基、正戊基、異戊基、新戊基、1, 1-二甲基丙基、異戊基、正己基、異己基、正辛基等。碳原子數為1~10的烷基的至少一個碳原子可被-O-、-N-或-S-取代,碳原子數為1~10的烷基的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~6的烷基及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代。
被羥基取代的碳原子數為1~10的烷基,其例包括如羥甲基、羥乙基、羥基正丙基、羥基異丙基、羥基正丁基、羥基異丁基、羥基三級丁基等。
被碳原子數為1~6的烷基取代的碳原子數為1~10的烷基,係為以碳原子數1~10的烷基為主鏈,且該烷基的至少一個氫原子被碳原子數為1~6的烷基取代的基。只要主鏈的烷基部分的碳原子數為1~10,烷基整體的碳原子數可以超過10。此種烷基之例,包括例如2-乙基己基等。另外,當烷基整體的碳原子數不超過10的基的情形,該基亦為包含在碳原子數1~10的支鍊狀烷基的定義中的基。
被碳原子數為1~6的烷氧基取代的碳原子數為1~10的烷基,以被碳原子數為1~6的烷氧基取代的碳原子數為1~6的烷基為佳。該基之例包括例如甲氧基乙基、乙氧基乙基和甲氧基丁基。
被羥基及碳原子數1~6的烷氧基取代的碳原子數1~10的烷基,其例如碳原子數1~6的羥基烷氧基及具有碳原子數1-6的烷基的基,具體而言,包括羥甲氧基乙基、羥乙氧基乙基、羥丙氧基丙基等
上述烷基中,從易於獲得的觀點來看,以可被羥基及/或碳原子數為1~2的烷氧基取代的碳原子數為1~6的烷基為佳,以可被羥基及/或碳原子數1~2的烷氧基取代的碳原子數1~4的烷基為較佳,以可被羥基及/或碳原子數1~2的烷氧基取代的碳原子數1~2的烷基為更佳
上述烷基中,從以上述式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類單體的可製造性的觀點來看,以式(I)中的R
3表示(1)碳原子數為1~10的直鏈狀或支鏈狀的烷基,且前述烷基中至少一個碳原子以被-O-取代的基為佳。這樣的R
3,包括例如以式(III)所表示的基:
[化3]
[式中,r和s各自獨立地表示2或3的數,X表示氫原子或甲基,式(III)中的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1或2的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代。] 該基的至少一個氫原子可被鹵素原子取代。這樣的基,較佳可例舉三氟甲氧基乙基及三氟甲氧基丙基等。
上文所述之依據情況而可被羥基、碳原子數為1~6的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基等所取代的碳原子數為1~10的直鏈狀或支鏈狀烷基,其至少一個氫原子可被鹵素原子取代。
當上述式(II)中的R
3表示(2)包含碳原子數為3~6的脂環式結構的具有碳原子數為3~12個的脂環式烴基時,碳原子數為3~6的脂環式結構包括例如環己烷。碳原子數為3~12的脂環式烴基的至少一個碳原子可被-O-、-N-或-S-取代,碳原子數為3~12的脂環式烴基的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~2的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代。
至少一個碳原子被氧原子(-O-)取代、且包含碳原子數為3~12的脂環式結構的碳原子數為3~6的脂環式烴基,包括碳原子數為3的脂環式烴基中的一個碳原子被氧原子取代的環氧基、碳原子數為4的脂環式烴基中的一個碳原子被氧原子取代的氧雜環丁烷環、碳原子數為5的脂環式烴基中的兩個碳原子被氧原子取代的二氧戊環、碳原子數為6的脂環式烴基中的兩個碳原子被氧原子取代的二噁烷環等。另外,這些環上的氫原子可被碳原子數為1或2的烷基取代。這樣的基具體而言,包括3-乙基-3-氧雜環丁烷基甲基(甲基)丙烯酸酯、(2-甲基-2-乙基-1, 3-二氧戊環-4-基)甲基(甲基)丙烯酸酯、環狀三羥甲基丙烷縮甲醛(甲基)丙烯酸酯等。
包含上文所述之依據情況而可被羥基、碳原子數為1或2的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基等所取代的碳原子數為3~6的脂環式結構的碳原子數為3~12的脂環式烴基,其至少一個氫原子可被鹵素原子取代。R
3為該基時,容易提高有機壓電薄膜的耐熱性。
上述式(II)中的R
3可以表示(3)苯基。此外,苯基中的苯環上的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~4的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代。從容易提高有機壓電薄膜的耐熱性的觀點來看,苯環上的至少一個氫原子,特別是對位的氫原子,以被碳原子數為1~4(以1或2為佳)的烷基取代,且該碳原子數為1~4的烷基中的氫原子被鹵素原子取代為佳。
上文所述之依據情況其苯環上的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~4的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代的苯基,其至少一個氫原子可被鹵素原子取代。R
3為該基時,容易提高有機壓電薄膜的耐熱性。
當上述式(II)中的R
3表示(4)包含碳原子數為1~4的亞烷基的苯基亞烷基時,亞烷基中的至少一個碳原子可被-O-、-N-或-S-取代,苯環上的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~4的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基、及/或氰基取代。
亞烷基中至少一個碳原子被-O-取代的苯基亞烷基,包括以式(IV):
[化4]
[P和q分別獨立為2或3]
所表示的基,以及,該基的亞烷基部分及苯環部分的至少一個氫原子被羥基、碳原子數為1~4的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基、及/或氰基取代的基。上述的基中所含的至少一個氫原子可被鹵素原子取代。R
3為上述的基時,容易提高有機壓電薄膜的耐熱性。
上文所述之依據情況亞烷基中的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~6的烷基、及/或碳原子數為1~6的烷氧基取代,且/或其苯環上的至少一個氫原子可被羥基、碳原子數為1~4的烷基、碳原子數為1~6的烷氧基、及/或氰基取代的苯基亞烷基,係為其至少一個氫原子可被鹵素原子取代的基。R
3為該基時,容易提高有機壓電薄膜的耐熱性。
滿足上述式(II)的(甲基)丙烯酸單體的具體實例,包括3, 3, 3-三氟丙基(甲基)丙烯酸酯、3, 3, 3-三氯丙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸甲酯、4, 4, 4-三氟丁基(甲基)丙烯酸酯、4, 4, 4-(甲基)丙烯酸三氯丁酯、2, 2-二氟乙基(甲基)丙烯酸酯、2, 2-二氯乙基(甲基)丙烯酸酯、4-(三氟甲基)環己基(甲基)丙烯酸酯、4-(三氯甲基)環己酯(甲基)丙烯酸酯等。
本發明之有機壓電薄膜中依據情況所含有之(甲基)丙烯酸類聚合物,可僅具有源自以上述式(II)所表示的一種的(甲基)丙烯酸類單體之結構單元,亦可具有源自以上述式(II)所表示的兩種以上的(甲基)丙烯酸類單體之結構單元。此外,本發明之有機壓電薄膜中依據情況所含有之(甲基)丙烯酸類聚合物,只要在不損及本發明之有機壓電薄膜的特性之範圍內,亦可含有源自至少一種其他單體的結構單元。換言之,本發明之有機壓電薄膜中依據情況所含有之(甲基)丙烯酸類聚合物,可為以上述式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類單體的同元聚合物,也可為上述式(II)所表示的兩種以上丙烯酸類單體的共聚物,亦可為以上述式(II)所表示的至少一種的(甲基)丙烯酸類單體與至少一種的其他單體所形成的共聚物
可以與以上述式(II)所表示的(甲基)丙烯酸類單體共聚的其他單體,其例包括以上述式(I)所表示之丙烯酸類單體、含羧基的單體、提供以式(I)或式(II)所表示之結構單元的(甲基)丙烯酸類單體以外之羧酸烷基酯類單體、含醯胺基單體、含芳基單體、苯乙烯類單體、含氮原子單體、脂肪酸乙烯基酯類單體及甜菜鹼單體等。各單體的具體實例包括在上述式(I)中所記載者。此外,提供以式(II)所表示之結構單元的(甲基)丙烯酸類單體以外之羧酸烷基酯類單體,其例包括烷基的碳原子數為11~20的丙烯酸烷基酯,如(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯等;及烷基的碳原子數為1~4的衣康酸烷基酯,如衣康酸甲酯、衣康酸乙酯等。
本發明之有機壓電薄膜中的壓電性聚合物的比例的下限並無特別限制,相對於機壓電薄膜的整體,以25質量%以上為佳,以30質量%以上為較佳,以35質量%以上為更佳,以50質量%以上為進一步更佳,以70質量%以上為特佳,以80質量%以上為特別更佳,以90質量%以上為極佳,以95質量%以上為極其佳。此外,本發明之有機壓電薄膜中的壓電性聚合物的比例的上限,相對於有機壓電薄膜的整體可為100質量%以下,例如可設為95質量%以下、90質量%以下、80質量%以下、70質量%以下、60質量%以下、50質量%以下、40質量%以下。此外,本發明之有機壓電薄膜中的壓電性聚合物的比例,可將全體原料聚合物視為壓電性聚合物,由後述之原料膜中的原料聚合物的比例求得。
[形狀]
本發明之有機壓電薄膜的形狀沒有特別限制,可以根據用途和目的製成希望的形狀。有機壓電薄膜的形狀中,作為其厚度上限之一例,可設為400μm以下,進一步可設為200μm以下、100μm以下、50μm以下。此外,作為有機壓電薄膜的厚度的下限之一例,可設為0.1μm以上,進一步可設為1μm以上、10μm以上、20μm以上。本發明之有機壓電薄膜的厚度,設為排除恣意性而在薄膜上選擇的9個點上所測量之各厚度的算術平均值。本發明中,在薄膜上排除恣意性而選擇9個點係指,舉例來說,可藉由在長50mm、寬50mm的範圍內,選擇各自間隔15mm以上的9個點來進行。所謂恣意性係指意圖使後述之變異係數變小。
本發明之有機壓電薄膜為拉伸或無拉伸的薄膜,拉伸倍率以800%以下為佳,以600%以下為較佳,以400%以下為更佳,以0%以下(無拉伸)為進一步更佳。拉伸倍率,係將拉伸處理後薄膜的拉伸方向的長度,除以拉伸處理前薄膜中與拉伸處理後薄膜的拉伸方向的長度方向對應的方向的長度所得的值。拉伸處理可對有機壓電薄膜進行,亦可對後述之原料膜進行。因此,拉伸處理後的薄膜可為原料膜或是有機壓電薄膜。從進一步降低壓電性的面內偏差的觀點來看,本發明之有機壓電薄膜,以其厚度的均勻性高為佳。作為其一例,本發明之有機壓電薄膜的厚度變異係數為10%以下,可設為5%以下,也可設為1%以下。此處之厚度變異係數,為標準差相對上述薄膜厚度的算術平均值的比。
由於本發明之有機壓電薄膜的撓曲特別小,因此在本發明之有機壓電薄膜及使用該薄膜的本發明之積層體中,可以降低撓曲,製成平滑性高的有機壓電薄膜及積層體。更具體言之,有機壓電薄膜的撓曲係以捲曲度來測量。捲曲度係以這樣的手法所測量:寬25mm的膠帶沿著寬50mm、長50mm的有機壓電薄膜的寬25mm處、並穿過中心點的線,將其貼合固定在金屬板上,在80°C下加熱30分鐘後,用游標尺測量該薄膜兩端部從金屬板上翹起的高度。從容易提高有機壓電薄膜的平滑性及均勻性的觀點來看,本發明之有機壓電薄膜的捲曲度以1mm以下為佳,以0.5mm以下為較佳,以0.1mm以下為更佳。
[用途]
本發明之有機壓電薄膜,舉例而言,特別適合作為壓電感測器、換能器及焦電型紅外線感測器等各種壓電元件、能夠檢測觸控壓力的大面積觸控面板、大面積壓力感測器、觸覺裝置、震動發電裝置、大面積平面揚聲器等機器的構件。
<積層體>
本發明之積層體,係包含上述之本發明之有機壓電薄膜,及與此有機壓電薄膜的一面的至少一部分連接之電極的積層體。本發明之積層體因含有壓電性的面內偏差小且缺陷數減少的本發明之有機壓電薄膜,得以容易地製成大面積的積層體。這種積層體之一例,包括上述之感測器或機器的構件等。因本發明之積層體中所含有之有機壓電薄膜與上文所述者相同,故以下以本發明之積層體所含有之電極為中心進行說明。
本發明之積層體所含有之電極係與有機壓電薄膜的一面的至少一部分連接。藉由將電極與有機壓電薄膜連接,可以提取因有機壓電薄膜變形所產生的電壓,或是對有機壓電薄膜施加電壓來使有機壓電薄膜變形。雖然一般而言,電極係由包括陽極和陰極的成組之電極所構成,但陽極和陰極中至少一方的電極亦可連接到有機壓電薄膜的至少一面。此外,本發明之積層體亦可為具備與有機壓電薄膜之一面的至少一部分連接的陽極、和與有機壓電薄膜之另一面的至少一部分連接的陰極的形態。電極與有機壓電薄膜可直接連接,而只要能夠確保導電性,亦可透過構件等為間接連接。此外,電極可連接至有機壓電薄膜之一面(另一面)的至少一部分,亦可以連接至整個部分。具代表性之形態,為電極以被覆於有機壓電薄膜之一面(另一面)的整個面的方式形成。此外,根據積層體的用途,電極可與配線等構件連接。
電極的材質只要具有導電性即無特別限制,可使用習知的材料。其實例包括金、銀、銅、鋁等金屬,及ITO(氧化銦錫)等金屬氧化物。此外,電極形狀並無特別限制,可根據積層體的用途來設計。電極形狀之實例,如覆蓋有機壓電薄膜之一面及另一面中至少其一的整個面的形狀。
<有機壓電薄膜的製造方法>
≪概要≫
本發明之有機壓電薄膜的製造方法,只要能夠獲得滿足上述特性的有機壓電薄膜,即無特別限制,從易於滿足上述特性的觀點來看,以利用含有以下步驟的製造方法所製造者為佳:將滿足特定條件的覆蓋膜,被覆在含有經極化處理而具有壓電性之聚合物的原料膜之一面,再從此覆蓋膜上方施加電壓,進行極化處理。使用上述製造方法時,可有效率地製造壓電性的面內偏差小、且缺陷數少的有機壓電薄膜。本發明亦提供上述之有機壓電薄膜的製造方法。
以本發明之有機壓電薄膜的製造方法,能夠容易地製造壓電性的面內偏差小、且缺陷數少的有機壓電薄膜的理由推測如下,但以下的推測並不對本發明施加任何限制。壓電性產生面內偏差的理由,認為係因極化處理時所施加之電壓在原料膜的面內變得不均勻所致。具體而言,在使施加電極不與原料膜接觸的情況下進行極化處理的非接觸式極化處理中,由施加電極與原料膜之間的氣氛狀態、即氣氛的溫濕度或密度等所導致的電氣特性並非總是均勻的。這種不均勻氣氛的溫濕度或密度等對電氣特性的影響不容忽視,而施加在原料膜之電壓亦不相等。因此,可認為是極化處理時對原料膜所施加之電壓變得不均勻所致。另一方面,在本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,施加電極所施加的電壓,使正下方的覆蓋膜暫時帶電,並在面方向上均勻擴散一定程度的廣度後才施加於原料膜上。可認為此係與介質阻擋放電(無聲放電)相同的效果發生作用所致。因此,根據本發明之有機壓電薄膜的製造方法,能夠對原料膜在面方向上以某種程度均勻地施加電壓,並且防止足以引起介電崩潰的高電壓被局部性地施加。藉此,能夠有效率地製造壓電性的面內偏差小、且缺陷數少的有機壓電薄膜。
並且,在使用具有多數之放電針的針狀電極作為施加電極的情況下,即使在施加電極所覆蓋的部分,施加在各放電針尖端的正下方及其周邊部分的電壓大小也很容易有所不同。同樣地,在原料膜中,被局部施加了足以引起介電崩潰的高電壓的部分會成為缺陷,放電針尖端正下方的部分容易被施加這樣的高電壓,而容易產生缺陷。另一方面,本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,如上所述,因各針狀電極的尖端所施加的電壓,使其正下方的覆蓋膜暫時帶電,並在面方向上均勻擴散一定程度的廣度後才施加於原料膜上,故能夠有效率地製造壓電性的面內偏差小且缺陷數減少的有機壓電薄膜。
即使在施加電極與原料膜接觸的情況,施加電極的面積越大,越容易發生異物的夾雜或電壓的瞬間變動等狀況。對此,在本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,如上所述,因施加的電壓使覆蓋膜暫時帶電,並在面方向上擴散一定程度,成為平均值後才施加於原料膜上,故推測可在原料膜的面方向上一定程度地均勻施加電壓。藉此,能夠有效率地製造壓電性的面內偏差小的有機壓電薄膜。
≪詳細≫
本發明之有機壓電薄膜的製造方法包括塗覆步驟和極化步驟。以下針對各步驟進行說明。
[被覆步驟]
被覆步驟係為以滿足公式:
ln(Cρ)≧-17
[式中,C為電容(pF),ρ為導電率(S/m)]
之覆蓋膜被覆含有經極化處理而具有壓電性之聚合物的原料膜之一面側的至少一部份的步驟。經由被覆步驟,原料膜的至少一部分被覆蓋膜被覆。被覆步驟係針對希望能夠賦予原料膜壓電性的位置進行,例如原料膜之一面側的至少一部分,而以對整個面進行為佳。在被覆步驟中,可採用習知的方法或裝置以將第一膜被覆在第二膜上。
原料膜為含有上述原料聚合物的膜。原料聚合物的種類並無特別限制,可使用上述原料聚合物等習知的材料。原料膜除了完全不發揮壓電特性的膜之外,還包括具有低於期望的壓電特性的壓電特性的膜和經結晶化處理的膜。原料膜可使用市售的膜,亦可透過後述之方法或充氣成形等習知的方法製造。
覆蓋膜是覆蓋保護原料膜之一面的膜,以滿足公式:ln(Cρ)≥-17(以下簡稱滿足公式,除有特別提及或表示其值的情形,覆蓋膜均視為使用滿足公式者)為佳。此處,C為電容(pF),ρ為導電率(S/m)。從易於獲得面內偏差小且缺陷少的有機壓電薄膜的觀點來看,覆蓋膜的ln(Cρ)值以大於-17為佳,以-15以上為較佳,以-13以上為更佳。此外,從獲得缺陷少的有機壓電薄膜的觀點來看,覆蓋膜的ln(Cρ)值的上限以-8以下為佳,以-10以下為較佳,以-12以下為更佳。覆蓋膜的結構可為由單一材料形成的單層膜,亦可為混合複數材料形成的單層膜,亦可為積層此等膜所形成的多層膜。覆蓋膜的材質只要能夠滿足公式,即可為任何材質,但從易於獲得滿足公式的覆蓋膜的觀點來看,以含有纖維素及矽中至少其一的材質為佳。覆蓋膜的形狀,只要能夠覆蓋原料膜上希望賦予其壓電性的部分即可。覆蓋膜的厚度並無特別限制,從有效率地進行極化處理的觀點來看,以10μm~1000μm為佳,以300μm~500μm為較佳。此外,從防止極化步驟中覆蓋膜從原料膜剝離的觀點來看,覆蓋膜以透過靜電引起之力或黏著面而密合固定於原料膜上者為佳。
覆蓋膜的電容C,可以依循JIS C 2138:2007,使用阻抗分析儀(Solartron Analytical製,產品名稱:Dielectric interface:1296,Impedance/gain-phase analyzer:SI1260,或使用其同等品)及室溫樣品架(Solartron Analytical Co.,Ltd.製造,產品名稱:12962A或其等效產品),以下述條件進行測量:
測量區劃:直徑2cm的圓,測量頻率:1 MHz~1 Hz,電壓:交流電1 V,累計:1 cyc。
從有效率地進行極化處理的觀點來看,在滿足上述公式之前提下,電容C(pF)以1以上500以下為佳,以20以上300以下為較佳,以30以上100以下為更佳。
覆蓋膜的導電率ρ,可以依循JIS C 2138:2007將上述阻抗分析儀設定為下述條件並測量ε",並將此測量結果代入以下公式來求得:
ρ = 2πf × ε"× ε
0[式中,ρ 為導電率(S/m),f 為頻率(Hz),ε" 為介電常數虛部(-),ε
0為真空介電率(F/m),惟f = 1000。]
從有效率地進行極化處理的觀點來看,在滿足上述公式的前提下,導電率ρ(S/m)以1.0×10
-11以上1.0×10
-7以下為佳,以5.0×10
-11以上7.5×10
-8以下為較佳,以1.0×10
-10以上5.0×10
-8以下為更佳。
[極化步驟]
極化步驟係以施加電極與覆蓋膜對向、且接地電極與原料膜之另一面連接的方式,將被覆有覆蓋膜的原料膜設置於具備施加電極和接地電極的極化裝置中,並進行極化處理的步驟。經由極化步驟,原料膜中原料聚合物中的偶極子之取向方向一致,可製作含有壓電性聚合物的有機壓電薄膜。
極化步驟中所使用的極化裝置,係為能夠對原料膜施加電壓的裝置。極化裝置具備施加電極和接地電極,藉由施加電極與接地電極之間電場的產生,對原料膜進行極化處理。施加電極是高電位側的電極,因電壓的施加而進行電子發射或離子生成,而產生電場。接地電極是基準電位側的電極,是將所施加的電壓均勻化的電極。此等極化處理方法及實施極化處理的極化裝置,可使用習知的極化處理方法及極化裝置。極化處理可以使用市售的極化裝置,例如,可以使用在施加電極與覆蓋膜之間設置空間而進行極化處理,使施加電極不與原料膜接觸的非接觸式極化裝置,及以施加電極與原料膜接觸的方式進行極化處理的接觸式極化裝置中之任一種。非接觸式極化裝置所具備的施加電極,可以使用具有許多放電針的針狀電極、線狀電極或格子狀電極。使用非接觸式極化裝置的情況下,施加電極與覆蓋膜之間的距離雖並無特別限制,但從有效率地進行極化處理的觀點來看,以1mm以上50mm以下為佳,以5mm以上30mm以下為更佳。
極化步驟中,以施加電極與覆蓋膜對向、且接地電極與原料膜之另一面連接的方式,設置被覆有覆蓋膜的原料膜。設若原料膜中所欲極化之處已全部被覆蓋膜被覆之情況,施加電極與覆蓋膜,係以施加電極與覆蓋膜的90%以上為對向的方式設置,而又以95%以上為佳,以99%以上為較佳,以100%為更佳。
從能夠製造皺褶少的有機壓電薄膜的觀點來看,極化步驟以能夠將抵抗由極化處理所生之原料膜的收縮應力之力(以下稱為抵抗收縮應力之力)賦予原料膜為佳。將至少一部份的抵抗收縮應力之力賦予原料膜的方法,如後所述,包括對原料膜、覆蓋膜及基材中至少其一施加張力,以直接或間接地將張力賦予原料膜的方法,及於後述之固定步驟中,將原料膜密合於具有特定剛性之基材上的賦予方法等。
極化步驟可於原料膜固定在基材上的狀態下進行。此時,本發明之有機壓電薄膜的製造方法可包括將原料膜固定於基材的固定步驟。藉由固定步驟的進行,能夠有效率地製造皺褶少的有機壓電薄膜。固定步驟可於極化步驟之前進行,也可於被覆步驟之前進行,也可於被覆步驟之後進行,亦可與被覆步驟同時進行。
基材係為原料膜所固定之構件。特別是,在將原料膜固定於具有特定剛性之基材的狀態下進行極化步驟,能夠有效率地製造皺褶少的有機壓電薄膜。基材可為覆蓋膜,亦可為與覆蓋膜相異的其他構件。基材與覆蓋膜為相異構件時,將原料膜之另一面(未被覆蓋膜被覆的一面)固定於基材。原料膜只要其另一面的至少一部分固定於基材上即可,以原料膜與基材密合而固定為佳。此外,原料膜的固定程度,以能夠限制原料膜相對於基材的移動為佳,而以能夠限制原料膜在上述極化步驟中的收縮為更佳。
從能夠賦予原料膜上述抵抗收縮應力之力的觀點來看,基材的材質可具有能夠抵抗收縮應力之力的剛性。特別是將原料膜密合固定於這樣的基材上時,易於賦予原料膜抵抗收縮應力之力。此外,基材可具有導電性,這種情況下,由於可將基材作為極化裝置的接地電極使用,或可將基材與接地電極連接,因此生產率優異。另外,從獲得表面平滑的有機壓電薄膜的觀點來看,基材的算術平均表面粗糙度(Ra)以1μm以下為佳。基材材質的具體實例,包括不銹鋼(SUS)、鋁、銅等金屬材料,聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)等樹脂材料。特別是在使用具有導電性的基材的情況下,包括有上述之金屬材料、或金屬材料與樹脂等製成的複合材料。基材的形狀並無特別限制,可選擇適合製造方法的形狀,例如片狀、平板等形狀。
作為固定步驟的一個態樣,可以利用習知的方法、裝置,使第一膜被覆在第二膜上。具體而言,當基材為片狀等時,可使用層壓機、壓力機或以手動貼附的方式等來實施固定步驟。此外,作為固定步驟的其他態樣之一,包括具備塗覆步驟和原料膜形成步驟之態樣。這種情況下,被覆步驟係對於原料膜形成步驟中獲得之原料膜進行。藉由進行此等步驟,能夠有效率地製造本發明之有機壓電薄膜。此外,若於塗覆步驟中使用具有能夠抵抗上述收縮應力的剛性的材料,並在原料膜形成步驟中將原料膜與此基材密合固定,則由於能夠容易地賦予原料膜抵抗收縮應力之力,故而能夠有效率地製造皺褶少的有機壓電薄膜。特別是,在透過使原料膜與基材密合固定而賦予其抵抗收縮應力之力的態樣中,並無須對原料膜施加過大的張力(典型例子為會使原料膜拉伸程度的應力)。因此,與透過對原料膜等施加張力來賦予其抵抗收縮應力之力的方法相較之下,此方法中除了透明性等壓電特性以外,原料膜的物性和有機壓電薄膜的物性當中的其他物性均不易發生變化。換句話說,在透過原料膜與基材之密合固定而賦予其抵抗收縮應力之力的態樣中,極化處理前後,壓電特性以外的特性均不易發生變化。
塗覆步驟是將含有因經極化處理而具有壓電性之有機材料的塗覆液,塗覆於基材上而形成塗覆膜的步驟。塗覆液是用於製造上述原料膜的溶液。塗覆液含有原料聚合物、經聚合而成為原料聚合物的單體或寡聚物等有機壓電薄膜的原料,並可應需求而含有溶劑、界面活性劑、消泡劑等添加劑、上述之有機壓電薄膜所例示的其他材料。塗覆液中含有的代表性物質為原料聚合物和溶劑(特別是有機溶劑)。塗覆步驟中可以使用將塗覆液塗覆在基材上的習知方法及能夠實施此方法的裝置。可用於塗覆步驟的裝置之實例,包括旋轉塗覆機、塗覆棒、塗覆模具等。
原料膜形成步驟,是從塗覆膜獲得原料膜的步驟。塗覆膜是上述塗覆液硬化而成的膜。塗覆膜並非必須等塗覆液完全硬化後才能形成,在直接將其作為原料膜使用的情形下,只要能硬化至可被後述之覆蓋膜被覆的程度即可;而在對塗覆膜進行其他處理以製作原料膜的情形下,只要能將其硬化至該處理所需的程度即可。作為在原料膜形成步驟中所進行的處理之一例,可以根據塗覆膜的種類,對塗覆膜進行熱處理、以紫外線等光線照射、乾燥塗覆膜,以及此等之組合等。另外,本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,亦有塗覆膜本身成為原料膜的情況。此外,在極化步驟之前亦可對原料膜進行其他處理,其中一例為使原料膜結晶化的結晶化步驟。加入結晶化步驟,即能夠高效率地製造具有高壓電特性的有機壓電薄膜。在結晶化步驟中可以使用習知的結晶化方法/結晶化裝置,其中具代表性者,為能夠在任意溫度下加熱原料膜的加熱裝置。另外,如上所述,本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,由於原料膜中含有結晶化後之薄膜,因此,較佳為使未結晶化或結晶化不充分的原料膜結晶化以後、進行極化處理時實施結晶化步驟。
在具有塗覆步驟和原料膜形成步驟的態樣,被覆步驟係對在原料膜成形步驟中所得之原料膜進行。具體而言,被覆步驟係對在原料膜形成步驟中所得之原料膜的露出面(不與基材接觸之一側的面)進行。
接著,利用具體的實施形態,針對本發明之有機壓電薄膜的製造方法進行說明。以下實施形態1~5的說明中,在原料膜7(有機壓電薄膜9)中,將其輸送方向(從圖式左側朝向右側的方向,亦稱MD方向)設為長度方向,將與厚度方向及輸送方向直交的方向(紙面深度方向)設為寬度方向。
[實施形態1]
於實施形態1,針對本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,利用輥對輥(roll to roll)方式製造有機壓電薄膜之形態進行說明。
[製造裝置]
如圖1所示,本實施形態中使用之製造裝置1A具備輸送裝置2A和極化裝置3A。製造裝置1A,係以輥對輥方式連續地從原料膜7A製造有機壓電薄膜9A的裝置。
輸送裝置2A具備:配置於製造裝置1A的上游側(圖式左側,以下簡稱為上游側。圖式右側之下游側亦同)端部的原料膜遞送輥21A、設置在上游側端部的覆蓋膜遞送輥22A、成組之加壓輥23A及24A、設置在下游側端部的捲繞輥25A、導輥26A,及未示於圖中之驅動裝置。
原料膜遞送輥21A上捲有原料膜7A,並為能夠向成組之加壓輥23A、24A遞送原料膜7A之結構。
覆蓋膜遞送輥22A上捲有滿足上述公式的覆蓋膜8A,並為能夠向成組之加壓輥23A、24A遞送覆蓋膜8A之結構。
成組之加壓輥23A、24A配置於相對於兩個遞送輥21A、22A之下游側,並同時為相較於後述之極化裝置3A的施加電極31A之上游側。從原料膜遞送輥21A遞送之原料膜7A、及從覆蓋膜遞送輥22A遞送之覆蓋膜8A被供給至加壓輥23A和加壓輥24A之間所設置之間隙(以下簡稱為間隙)中,使覆蓋膜8A加壓在原料膜7A的一面上,原料膜7A被覆蓋膜8A所被覆。從以覆蓋膜8A被覆原料膜7A的觀點來看,由成組之加壓輥23A、24A所形成之間隙的大小,為原料膜7A與覆蓋膜8A厚度之總和以下,尤其從以覆蓋膜8A被覆原料膜7A並密合固定的觀點來看,由成組之加壓輥23A、24A所形成之間隙的大小,以小於原料膜7A與覆蓋膜8A厚度之總和為佳。本實施形態之成組之加壓輥23A、24A為能夠調整間隙大小之結構。
捲繞輥25A配置於相對兩遞送輥21A、22A之下游側,並同時為相較於極化裝置3A的施加電極31A之下游側。捲繞輥25A上捲有積層膜10A,該積層膜10A具有以極化裝置3A極化處理過之原料膜7A(即有機壓電薄膜9A),及被覆於其上之覆蓋膜8A,捲繞輥25A為可捲繞從極化裝置3A輸送來的積層膜10A之結構。
導輥26A配置於相較於極化裝置3A的施加電極31A之下游側,並同時為捲繞輥25A之上游側,藉由接觸有機壓電薄膜9A的另一面,將積層膜10A引導至捲繞輥25A。如後所述,本實施形態之導輥26A亦為接地電極32A。因此,導輥26A的材質,係由混合有金屬或導電性填充料的橡膠等導電性材料所形成。
極化裝置3A係為極化處理原料膜7A的裝置。極化裝置3A具備施加電極31A、接地電極32A、電源部33A及配線34A、35A。本實施形態之極化裝置3A,是利用從電源部33A經由配線34A所供給的電壓,透過電暈放電使施加電極31A產生離子,從而極化處理原料膜7A的非接觸型極化裝置。
施加電極31A以與覆蓋膜8A對向的方式設置。此外,施加電極31A以在寬度方向上覆蓋原料膜8A整個面的方式形成。施加電極31A經由配線34A連接電源部33A。
本實施形態之接地電極32A係為上述之導輥26A。接地電極32A經由配線35A接地。
[製造方法]
針對使用製造裝置1A製造有機壓電薄膜9A的方法進行說明。首先,將原料膜7A、覆蓋膜8A分別從兩個遞送輥21A、22A拉出,並經過由成組之加壓輥23A、24A所形成的間隙及導輥26A,固定在捲繞輥25A上。此時,調整間隙的大小,使覆蓋膜8A被覆在原料膜7A的一面上,並使覆蓋膜8A能夠加壓固定在原料膜7A上,同時並調整驅動裝置2A各構件的位置等,使原料膜7A和覆蓋膜8A不產生鬆弛。其中尤以設定導輥26A和捲繞輥25A的位置關係等,使原料膜7A經極化處理的區域(與施加電極31A對向的區域)當中,上述原料膜7A及覆蓋膜8A中至少其一產生至少一部份剛性以抵抗原料膜7A的收縮,並施加不致使兩薄膜7A、8A長度方向的尺寸發生變化的張力為佳。
接著,藉由驅動未示於圖中之驅動裝置來輸送原料膜7A和覆蓋膜8A。原料膜7A被輸送到由成組之加壓輥23A、24A所形成之間隙,與同樣被輸送到間隙的覆蓋膜8A一同被成組之加壓輥23A、24A加壓後,覆蓋膜8A被覆原料膜7A的一面(被覆步驟)。本實施形態中,由於間隙的大小小於原料膜7A與覆蓋膜8A厚度之總和,故經由成組之加壓輥23A、24A將覆蓋膜8A加壓在原料膜7A上,使原料膜7A的一面上密合固定有覆蓋膜8A。
將被覆有覆蓋膜8A的原料膜7A輸送至設有施加電極31A的區域。如上所述,施加電極31A以與覆蓋膜8A對向之方式設置,接地電極32A(導輥26A)以與原料膜7A的另一面連接(接觸)的方式設置。在此狀態下驅動極化裝置3A,會在施加電極31A與接地電極32A之間產生電場,對被覆有覆蓋膜8A的原料膜7A進行極化處理(極化步驟)。
以上述極化處理所製造之有機壓電薄膜9A,作為在一面上被覆有覆蓋膜8A的積層膜10A,被輸送並捲繞在捲繞輥25A上。
本實施形態之有機壓電薄膜的製造方法,舉例而言,具有以下有利功效:
・可以連續製造本發明之有機壓電薄膜,生產率優異。
・無需另外準備基材,可製造性優異。
・由於係在原料膜的長度方向施加有一定張力的狀態下進行極化步驟,故抑制了皺褶的產生。
[實施形態2]
於實施形態2,針對本發明之有機壓電薄膜的製造方法中包含固定步驟之一態樣的形態進行說明。另外,將省略與實施形態1共通部分的說明,並以其差異及主要特徵為中心進行說明。後述之其他實施形態亦同。
[製造裝置]
如圖2所示,本實施形態中使用的製造裝置1B,具備輸送裝置2B和極化裝置3B。
製造裝置1B中,輸送裝置2B具備配置於上游側端部的原料膜遞送輥21B、配置於上游側端部的覆蓋膜遞送輥22B、配置於上游側端部的基材遞送輥27B、成組之加壓輥23B和24B、配置於下游側端部的捲繞輥25B、導輥26B,及未示於圖中之驅動裝置。
基材遞送輥27B上捲有基材6B,並為能夠向成組之加壓輥23B、24B遞送原料膜6B之結構。本實施形態的基材6B係為能夠捲繞在基材遞送輥27B上的具有可撓性的基材,具體的材質如SUS、鐵、鋁等。
成組之加壓輥23B、24B配置於相對於三個遞送輥21B、22B、27B的下游側,並同時為相較於極化裝置3B的施加電極31B之上游側。在加壓輥23B和壓輥24B之間設置的間隙中,以原料膜遞送輥21B所遞送的原料膜7B為中心,從覆蓋膜遞送輥22B所遞送的覆蓋膜8B及從基材遞送輥27B所遞送的基材6B,分別被供給至原料膜7B的一面側及另一面側。從與實施形態1中相同的觀點來看,成組之加壓輥23B、24B所形成之間隙的大小,為原料膜7B、覆蓋膜8B與基材6B的厚度之總和以下,以小於原料膜7B、覆蓋膜8B與基材6B的厚度之總和為佳。
捲繞輥25B配置於相較於極化裝置3B的施加電極31B之下游側。捲繞輥25B上捲有積層膜10B,該積層膜10B含有經極化裝置3B進行極化處理之原料膜7B(即有機壓電薄膜9B)、被覆於其一面之覆蓋膜8B,及固定於其另一面之基材6B,捲繞輥25B為可將從極化裝置3B輸送來的積層膜10B捲繞之結構。
[製造方法]
針對使用製造裝置1B之本發明之有機壓電薄膜的製造方法進行說明。首先,將原料膜7B、覆蓋膜8B、基材6B分別從三個遞送輥21B、22B、27B拉出,並經過由成組之加壓輥23B、24B所形成的間隙及導輥26B,固定在捲繞輥25B上。此時,調整間隙的大小,使覆蓋膜8B被覆在原料膜7B的一面上,並使覆蓋膜8B能夠加壓固定在原料膜7B的一面上,此外,並使原料膜7B經由成組之加壓輥23B、24B加壓而固定於基材6B的另一面上。同時,調整驅動裝置2B各構件的位置等,使原料膜7B、覆蓋膜8B和基材6B不產生鬆弛。如後所述,在本實施形態中,藉由將原料膜7B與基材6B密合固定,從而賦予原料膜7B剛性以抵抗於極化步驟中的收縮。另外,與實施形態1相同,可設定導輥26B和捲繞輥25B的位置關係等,以在原料膜7B經極化處理的區域中施加張力,得以對上述原料膜7B、覆蓋膜8B及基材6B中至少其一,賦予至少一部份能抵抗原料膜7B收縮的剛性。
接著,藉由驅動未示於圖中之驅動裝置來輸送原料膜7B、覆蓋膜8B和基材6B。在由成組之加壓輥23B、24B所形成之間隙中,經由成組之加壓輥23B、24B將覆蓋膜8B加壓至原料膜7B之一面,該一面即被覆有覆蓋膜8B(被覆步驟)。同時,在由成組之加壓輥23B、24B所形成之間隙中,同樣被輸送至間隙的基材6經由成組之加壓輥23B、24B加壓至原料膜7B之另一面,原料膜7B之另一面上固定有基材6B(固定步驟)。於本實施形態中,同樣由於成組之加壓輥23B、24B將覆蓋膜8B加壓在原料膜7B上,原料膜7B之一面上密合固定有覆蓋膜8B。基材6B亦同。
固定於基材6B的同時並被覆有覆蓋膜8B的原料膜7B,被輸送至設有施加電極31B的區域。如上所述,施加電極31B以與覆蓋膜8B對向的方式設置,接地電極32B(導輥26B)以與原料膜7B的另一面連接(接觸)的方式設置。在此狀態下驅動極化裝置3B,會在施加電極31B與接地電極32B之間產生電場,對固定於基材6B且被覆有覆蓋膜8B的原料膜7B進行極化處理(極化步驟)。
由上述極化處理所製造之有機壓電薄膜9B,作為在一面上被覆有覆蓋膜8B、另一面固定有基材6B的積層膜10B,被輸送並捲繞在捲繞輥25B上。
本實施形態之有機壓電薄膜的製造方法,舉例而言,具有以下有利功效:
・可以連續製造本發明之有機壓電薄膜,生產率優異。
・因使用基材,可有效率地製造皺褶較少的有機壓電薄膜。
・因抵抗於極化步驟中原料膜之收縮的力的主要部分,能透過與高剛性基材的密合而賦予,即不必對原料膜或覆蓋膜施加過度的張力。因此,可抑制無拉伸的原料膜因被拉伸而產生的物性(透明性、楊氏模數等)的變化。
[實施形態3]
於實施形態3,針對本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,作為固定步驟之另一態樣而包含塗覆步驟及原料膜形成步驟之形態進行說明。
[製造裝置]
如圖3所示,本實施形態中使用的製造裝置1C,具備輸送裝置2C、極化裝置3C及原料膜製造裝置4C。
製造裝置1C中,輸送裝置2C具備配置於上游側端部的基材遞送輥27C、配置於上游側端部的覆蓋膜遞送輥22C、成組之加壓輥23C和24C、配置於下游側端部的捲繞輥25C、導輥26C,及未示於圖中之驅動裝置。
原料膜製造裝置4C配置於基材遞送輥27C與覆蓋膜遞送輥22C之間,並具備吐出裝置41C、引導件43C及乾燥機44C。吐出裝置41C將儲存之塗覆液42C供給至基材6C之一面上。引導件43C將吐出至基材6C之一面上之塗覆液42C均勻地塗佈在基材6C之一面上。引導件43C係以能夠調整其與基材6C之一面之距離的方式形成。乾燥器44C使被塗佈之塗覆液42C乾燥。
[製造方法]
針對使用製造裝置1C之本發明之有機壓電薄膜的製造方法進行說明。首先,將覆蓋膜8C、基材6C分別從遞送輥22C、27C拉出,並經過由成組之加壓輥23C、24C所形成的間隙及導輥26C,固定在捲繞輥25C上。此時,如後述般調整間隙的大小,使覆蓋膜8C覆蓋在製成之原料膜7C的一面上,並使覆蓋膜8C能夠加壓固定在製成之原料膜7C的一面上。同時,調整驅動裝置2C各構件的位置等,使覆蓋膜8C和基材6C不產生鬆弛。
接著,藉由驅動未示於圖中之驅動裝置來輸送覆蓋膜8C和基材6C。經由吐出裝置41C,將塗覆液42C供給至從基材遞送輥27C遞送出之基材6C之一面上,藉由通過引導件43C之端面與基材6C之一面所形成之間隙,塗覆在基材6C上之塗覆液42C於基材6C之一面的寬度方向整體上塗覆成均勻的厚度,形成塗覆膜45C(塗覆步驟)。之後,塗覆膜45C通過乾燥機44C之下而被乾燥,製成原料膜7C(原料膜形成步驟)。獲得之原料膜7C以其一面露出、另一面密合固定於基材6C之一面的狀態,輸送至由成組之加壓輥23C、24C所形成之間隙中。在由成組之加壓輥23C、24C所形成之間隙中,同樣被輸送至間隙的覆蓋膜8C經由成組之加壓輥23C、24C加壓,覆蓋膜8C被覆在原料膜7C之一面上(被覆步驟)。其後之步驟與實施形態2相同,故省略其說明。
本實施形態之有機壓電薄膜的製造方法具有下述功效:
・藉由從原料膜之製造為始的連續進行,可有效率地製造本發明之有機壓電薄膜。
・藉由在基材上形成原料膜,基材與原料膜的密合性提高,而更能夠抑制皺褶。
[實施形態4]
於實施形態4,針對本發明之有機壓電薄膜的製造方法中,將滿足公式之覆蓋膜作為基材使用之形態,及具有結晶化步驟之形態進行說明。
[製造裝置]
如圖4所示,本實施形態中使用之製造裝置1D,具備輸送裝置2D、極化裝置3D、原料膜製造裝置4D,及結晶化裝置5D。
製造裝置1D中,輸送裝置2D具備配置於上游側端部的基材遞送輥27D、配置於下游側端部的捲繞輥25D、成組之導輥26D1和26D2,及未示於圖中之驅動裝置。基材遞送輥27D上捲有覆蓋膜8D,從而,基材遞送輥27D亦為覆蓋膜遞送輥22D。
將有機壓電薄膜9D引導至捲繞輥25D的導輥,係由成組之導輥26D1、26D2所構成。本實施形態之導輥26D1亦為接地電極32D。成組之導輥26D1、26D2形成間隙。
極化裝置3D的施加電極31D,係配置於覆蓋膜8D側(圖式下側)。
結晶化裝置5D設置於原料成膜形成裝置所具有之乾燥機44D的下游,並同時為施加電極31D的上游。本實施形態的結晶化裝置5D係為加熱裝置。
[製造方法]
針對使用製造裝置1D製造本發明之有機壓電薄膜9A的方法進行說明。首先,將覆蓋膜8D(基材6D)從遞送輥22D拉出,並經過由成組之導輥26D1、26D2所形成的間隙,固定在捲繞輥25D上。此時,調整間隙的大小,使製成之原料膜7D之一面與導輥26D1(接地電極32D)接觸。同時,調整驅動裝置2D各構件的位置等,使基材6D不產生鬆弛。
接著,藉由驅動未示於圖中之驅動裝置來輸送基材6D。與實施形態3相同,以吐出裝置41D進行塗覆步驟,以乾燥機44D進行原料膜形成步驟,獲得原料膜7D。因獲得之原料膜7D處於其一面密合固定於基材、且被覆有覆蓋膜的狀態,故原料膜形成步驟還包含被覆步驟。原料膜7D通過結晶化裝置5D之下而被加熱,原料膜7C因而結晶化(結晶化步驟)。之後,原料膜7D通過施加電極31D之上而進行極化步驟,與其他實施形態相同地,經過極化步驟後,積層體10D被捲繞在捲繞輥25D上。
本實施形態之有機壓電薄膜的製造方法具有下述功效:
・因將覆蓋膜作為基材使用,可以以良好的生產率製造本發明之有機壓電薄膜。
[實施形態5]
於實施形態5,針對輥對輥以外的本發明之有機壓電薄膜的製造方法進行說明。
[製造裝置]
如圖5所示,本實施形態中,使用未示於圖中之塗覆裝置、非接觸式極化裝置3E、具導電性之基材6E,及滿足公式之覆蓋膜8E。
[製造方法]
首先,準備基材6E(圖5(a))。其次,以未示於圖中之塗覆裝置將塗覆液塗佈於備好之基材6E上,形成塗覆膜,再以未示於圖中之乾燥機乾燥之,形成原料膜7E(圖5(b))。由於所獲得之原料膜7E係由基材6E之一面上的塗覆液所形成,故密合固定於基材6E上。然後,將覆蓋膜8E輕輕加壓在原料膜7E之一面的整體上並密合固定(被覆步驟)(圖5(c)),再將施加電極31E配置於與覆蓋膜8E對向的位置,將配線35E連接上基材6E,使基材6E作為接地電極32E進行極化處理(極化步驟)(圖5(d))。經由以上的步驟,可得到作為積層膜10E,於一面上被覆有覆蓋膜8E、於另一面上固定有基材6E之有機壓電薄膜9E。
在此製造方法中,覆蓋膜8E雖設為覆蓋原料膜之一面的整體的形狀,但覆蓋膜8E可具有比原料膜7E更大的面積。這是因為當覆蓋膜8E大於原料膜7E時,可容易地從製成之有機壓電薄膜9E上去除(容易剝離)覆蓋膜8E。
本實施形態之有機壓電薄膜的製造方法具有下述功效:
・可對任意形狀的原料膜,以任意形狀賦予壓電性。
・可作為基材使用不易纏繞的材料,如ITO玻璃或較厚的PET膜等。當不將此等基材從有機壓電薄膜剝離,而與有機壓電薄膜一起作為構件或材料使用時,本實施形態特別有效。
以上,雖針對本實施形態之有機壓電薄膜的製造方法使用各實施形態進行說明,但各實施形態亦可互相變更或組合各要素。此外,作為示例,下述之變形是可能的。
・於實施形態1至4中,也可以不將積層體10捲繞至捲繞輥25上,而將覆蓋膜8和基材6從原料膜7上取下再捲繞至捲繞輥25上。除去覆蓋膜8和基材6的方法,包括在各個遞送輥之外還設置各個捲繞輥之形態。
・於實施形態1至5中,極化裝置可使用接觸式極化裝置。
[實施例]
接著,將藉由實施例針對本發明進行更詳細之說明,但此等實施例係用於說明本發明,並不對本發明為任何限制。此外,除非特別說明,例中之「%」及「份」分別表示「質量%」及「質量份」。首先,出示本實施例中使用的材料及測量方法。
<使用的材料>
[原料聚合物A]
A1:偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物(P(VDF/TrFE)),VDF:TrFE=85:15(莫耳比),重量平均分子量:434,000)
A2:聚(偏二氟乙烯/三氟乙烯)共聚物(P(VDF/TrFE)),VDF:TrFE=80:20(莫耳比))
A3:市售之聚偏二氟乙烯(奧瑞奇公司製)
[其他聚合物B]
B1:聚丙烯酸乙酯(Poly-EA,重量平均分子量:2,200,000,根據國際公開第2020/012660公報之記述製造)
B2:聚-3, 3, 3-三氟丙基甲基丙烯酸酯(Poly-3FPMA,重量平均分子量:294,000,根據國際公開第2020/111106公報之記述製造)。
[覆蓋膜]
F1:3M公司製,含有纖維素作為其材質。ln(Cρ)=-14.12,C(pF)=87.84,ρ(S/m)=8.43×10
-9F2:大創產業公司製,含有纖維素作為其材質。ln(Cρ)=-13.79,C(pF)=275.64,ρ(S/m)=3.73×10
-9F3:AS ONE公司製,含有矽作為其材質。ln(Cρ)=-16.29,C(pF)=34.80,ρ(S/m)=2.43×10
-9F4:生產日本公司製,含有聚乙烯作為其材質。ln(Cρ)=-19.58,C(pF)=98.20,ρ(S/m)=3.19×10
-11F5:3M公司製,含有聚醯亞胺作為其材質。ln(Cρ)=-17.28,C(pF)=100.97,ρ(S/m)=3.09×10
-10[基材]
基材1:不銹鋼面板(材質:SUS304)三住(MiSUMi)公司製,100mm×200mm平板,表面算術平均粗糙度(Ra):3.8nm
<測量方法>
[壓電常數d
33、標準差及變異係數]
各實施例及比較例之有機壓電薄膜的壓電常數d
33,係使用壓電常數測量裝置(先導科技公司製,產品名稱:LPF-02)進行測量。
具體而言,係經由以下順序進行測量:
(1) 將形成有有機壓電薄膜的基板之一面與另一面以針狀的探針夾持。
(2) 將探針施加到有機壓電薄膜上的荷重設為1N並靜置。
(3) 將探針施加到有機壓電薄膜的荷重增加3N,設定使探針施加到有機壓電薄膜之荷重成為4N。
(4) 測量施加4N的力的瞬間所產生的電荷量。
(5) 將探針施加到有機壓電薄膜的荷重減少3N至1N。
(6) 進行四次的上述(3)~(5),取第二至第四次所測量電荷量之測量值的平均值作為該處的電荷量,並將此平均電荷量除以測量荷重(4N),計算出該處之壓電常數d
33。
(7) 於各實施例及比較例中,選擇各自間隔15mm以上的9個點來進行上述之測量及計算,取9個點的平均值作為該實施例或比較例的壓電常數d
33。
(8) 根據由上述所獲得之各實施例及比較例中9個點的壓電常數d
33,求出各實施例及比較例的標準差,並求出變異係數。
[壓電常數d
31、標準差及變異係數]
各實施例及比較例之有機壓電薄膜的壓電常數d
31,係使用壓電常數測量裝置(先導科技公司製,Piezometer system,產品名稱:LPF-03)進行測量。
具體而言,係經由以下順序進行測量:
(1) 在有機壓電薄膜上選擇10處,在該10處的兩面使用蒸鍍裝置(Cryovac公司製之電阻加熱蒸鍍裝置,產品名稱:CVZ-RHD300-08)形成金製電極,形成積層區域。
(2) 切出各積層區域,獲得10個積層體。
(3) 對所獲得之積層體,使用壓電常數測量裝置(先導科技公司製,Piezometer system,產品名稱:LPF-03)測量上述各積層體的壓電常數d
31,並將其算術平均值作為該有機壓電薄膜的壓電常數d
31。
又,壓電常數d
31詳依接下來的(3-1)~(3-7)測量。
(3-1) 用夾子狀的探針夾持膜的兩端,使測量長度為(8~15mm)。
(3-2) 將探針施加到膜上的荷重設為1N並靜置。
(3-3) 測量施加1N的力並拉伸時產生的電荷量A。
(3-4) 將探針施加到膜的荷重增加3N,將探針施加到膜之荷重設定為4N。
(3-5) 測量施加4N的力時產生的電荷量B。
(3-6) 將探針施加到膜的荷重減少3N至1N。
(3-7) 進行四次的上述(3-3)~(3-6),取第二至第四次所測量電荷量A及B之測量值的差(A-B)的平均值,作為各實施例、比較例中膜的電荷量,並將此平均電荷量除以評價面積(膜厚×膜長(探針間距離))和測量荷重(3N),計算出各實施例、比較例中膜各自之壓電常數d
31。
(4)根據測量由上述所獲得之各實施例及比較例的10個積層體的各壓電常數d
31,求出各實施例及比較例的標準差,並求出變異係數(=標準差/壓電常數d
31)。
實施例之有機壓電薄膜的壓電常數d
31的變異係數為0.01以下,壓電常數d
31為1pC/N以上,當有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物時則為3pC以上。
[缺陷數]
目視觀察各實施例及比較例之有機壓電薄膜,確認有無缺陷,並換算為每1m
2的缺陷數。
[皺褶數]
對於各實施例及比較例之有機壓電薄膜,透過上述目視之測量方法,確認皺褶的數量,並換算為每1m
2的皺褶數。
[面方向相位差]
使用偏光分析裝置OPTIPRO (SHINTECH股份有限公司製),以測量波長λ:550[nm]測量各實施例及比較例中所得之薄膜的厚度方向的相位差(Re)。
[捲曲度]
將實施例及比較例中所得之有機壓電薄膜(寬50mm、長50mm),以寬25mm的膠帶沿著其寬25mm處、並穿過中心點的線,將其貼合固定在金屬板上,在80°C下加熱30分鐘後,用游標尺測量該薄膜兩端部從金屬板上翹起的高度。
實施例之有機壓電薄膜的捲曲度為0.1mm以下。相對於此,比較例之有機壓電薄膜,由於測量前薄膜為皺褶過多的狀態,因此無法進行捲曲度的測量。
[重量平均分子量]
重量平均分子量係以凝膠滲透層析法(GPC)測量。具體而言,係將(甲基)丙烯酸類聚合物溶解在四氫呋喃中所得到的0.5質量%溶液作為測量試料使用。測量條件如下:
機器:東曹股份有限公司製,產品編號:HLC-8320GPC
層析管柱:東曹股份有限公司製,產品編號:TSKgel G5000H 及 TSKgel G3000H
溶離液:四氫呋喃
流速:1.0 ml / 分
溫度:40°C
檢測器:RI
分子量標準:標準聚苯乙烯
實施例1:塗覆液及有機壓電薄膜1的製造
在有栓燒瓶中混合偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物A1、2.3g及作為溶劑的環戊酮20.5g,製造含有表1所示之質量比的偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物A1的塗覆液。
使用塗佈機將如上所述製備的塗覆液塗佈至基板1上,並靜置30秒,然後在常壓的減壓乾燥機(東京理科器械公司製,產品名稱:VOS-310C)內於65°C乾燥10分鐘後,減壓至7托(torr)後乾燥1小時,形成塗覆膜。其後,以溫風乾燥機(ESPEC公司製,產品名稱:LC-113)於142°C乾燥2小時後,緩慢冷卻至室溫,形成原料膜。使用耐冷卻劑測微器(三豐公司(Mitutoyo)製,產品名稱:MDC-25MX)測得膜的厚度為40μm。其後,將覆蓋膜F1貼附在原料膜上。
使用駐極體加工裝置(Wedge公司(ウエッジ社)製),將貼附有覆蓋膜F1的原料膜以覆蓋膜F1與施加電極對向的方式,且將基材1作為接地電極連接到電源部,施加-12kV的電壓120分鐘進行極化處理,製作出有機壓電薄膜1。
實施例2~10及比較例1~4
將塗覆液的組成、覆蓋膜及其有無、基材的有無、及極化條件變更為表1所示者,除了改變施加電壓及施加時間以外均進行與實施例1相同的操作,製備出有機壓電薄膜。對所獲得之有機壓電薄膜進行相同的測量,其結果示於表1。惟,於比較例4中,在極化處理時,係將從基材1剝離的有機壓電薄膜載置於裝置附屬的接地電極上來進行極化處理。表1中的比率係將原料聚合物及其他聚合物佔整體有機壓電薄膜的比率以質量%作表示。
[表1]
有機壓電薄膜之結構 | 基材 | 覆蓋膜 | 極化條件 | ||||||
壓電性聚合物 | 其他聚合物 | 施加電壓 (kV) | 施加時間 (min) | ||||||
種類 | 比率 | 種類 | 比率 | ||||||
實施例 | 1 | A1 | 100 | - | - | 1 | F1 | -12 | 120 |
2 | A1 | 95 | B1 | 5 | 1 | F1 | -12 | 120 | |
3 | A1 | 95 | B2 | 5 | 1 | F1 | -13 | 120 | |
4 | A1 | 95 | B1 | 5 | 1 | F2 | -12 | 120 | |
5 | A1 | 95 | B1 | 5 | 1 | F3 | -12 | 120 | |
6 | A2 | 100 | - | - | 1 | F1 | -15 | 40 | |
7 | A2 | 95 | B1 | 5 | 1 | F1 | -16 | 60 | |
8 | A2 | 95 | B2 | 5 | 1 | F1 | -18 | 60 | |
9 | A3 | 100 | - | - | 1 | F1 | -18 | 60 | |
10 | A3 | 90 | B2 | 10 | 1 | F1 | -18 | 60 | |
比較例 | 1 | A1 | 95 | B1 | 5 | 1 | F4 | -12 | 120 |
2 | A1 | 95 | B1 | 5 | 1 | F5 | -12 | 120 | |
3 | A1 | 95 | B1 | 5 | 1 | 無 | -12 | 120 | |
4 | A1 | 95 | B1 | 5 | 無 | 無 | -12 | 120 |
[表2]
結果 | ||||||||||
d 33 | d 31 | 缺陷數 [個/m 2] | 皺褶數 [個] | 相位差 [nm] | ||||||
d 33[pC/N] | 標準差 [pC/N] | 變異係數 | d 31[pC/N] | 標準差 [pC/N] | 變異係數 | |||||
實施例 | 1 | 26.03 | 0.29 | 0.01 | 11.83 | 0.09 | 0.01 | 0 | 0 | 4.1 |
2 | 24.00 | 0.30 | 0.01 | 13.20 | 0.08 | 0.01 | 0 | 0 | 3.3 | |
3 | 28.41 | 0.38 | 0.01 | 11.30 | 0.14 | 0.01 | 0 | 0 | 3.6 | |
4 | 25.03 | 0.29 | 0.01 | 10.60 | 0.12 | 0.01 | 0 | 0 | 4.7 | |
5 | 21.58 | 0.31 | 0.01 | 8.56 | 0.12 | 0.01 | 0 | 0 | 6.0 | |
6 | 29.45 | 0.38 | 0.01 | 9.43 | 0.10 | 0.01 | 0 | 0 | 4.3 | |
7 | 26.28 | 0.26 | 0.01 | 11.43 | 0.11 | 0.01 | 0 | 0 | 4.0 | |
8 | 31.61 | 0.40 | 0.01 | 10.79 | 0.13 | 0.01 | 0 | 0 | 3.1 | |
9 | 6.11 | 0.05 | 0.01 | 2.15 | 0.02 | 0.01 | 0 | 0 | 3.7 | |
10 | 11.28 | 0.14 | 0.01 | 4.43 | 0.06 | 0.01 | 0 | 0 | 4.5 | |
比較例 | 1 | 0.00 | - | - | - | - | - | 0 | 0 | 5.4 |
2 | 0.00 | - | - | - | - | - | 0 | 0 | 3.3 | |
3 | 25.05 | 4.81 | 0.19 | 10.30 | 5.4 | 0.52 | 1600 | 0 | 3.2 | |
4 | 17.30 | 6.47 | 0.37 | 7.0 | 7.1 | 1.01 | 400 | 15 | 3.9 |
1A,1B,1C,1D:製造設備
2A,2B,2C,2D:輸送裝置
21A,21B:原料膜遞送輥
22A,22B,22C,22D:覆蓋膜遞送輥
23A,23B,23C,24C,23D,24A,24B:加壓輥
25A,25B,25C,25D:捲繞輥
26A,26B,26C,26D1,26D2:導輥
27B,27C,27D:基材遞送輥
3A,3B,3C,3D:極化裝置
31A,31B,31C,31D,31E:施加電極
32A,32B,32C,32D,32E:接地電極
33A,33B,33C,33D,33E:電源部
34A,35A,34B,35B,34C,35C,34D,35D,34E,35E:配線
4C,4D:原料膜製造裝置
41C,41D:吐出裝置
42C,42D:塗覆液
43C,43D:引導件
44C,44D:乾燥機
45C,45D:塗覆膜
5D:結晶化裝置
10A,10B,10C,10D,10E:積層膜
6B,6C,6D,6E:基材
7A,7B,7C,7D,7E:原料膜
8A,8B,8C,8D,8E:覆蓋膜
9A,9B,9C,9D,9E:有機壓電薄膜
[圖1] 係為實施形態1中有機壓電薄膜9A的製造方法中之製造裝置1A的示意圖。
[圖2] 係為實施形態2中有機壓電薄膜9B的製造方法中之製造裝置1B的示意圖。
[圖3] 係為實施形態3中有機壓電薄膜9C的製造方法中之製造裝置1C的示意圖。
[圖4] 係為實施形態4中有機壓電薄膜9D的製造方法中之製造裝置1D的示意圖。
[圖5] 係為實施形態5中有機壓電薄膜9E的製造方法之流程示意圖。
無。
1A:製造裝置
2A:輸送裝置
3A:極化裝置
7A:原料膜
8A:覆蓋膜
9A:有機壓電薄膜
10A:積層膜
21A:原料膜遞送輥
22A:覆蓋膜遞送輥
23A,24A:加壓輥
25A:捲繞輥
26A:導輥
31A:極化裝置
32A:接地電極
33A:電源部
34A,35A:配線
Claims (17)
- 一種有機壓電薄膜, 壓電常數d 33的變異係數及壓電常數d 31的變異係數中至少其一為0.01以下, 壓電常數d 33及壓電常數d 31中至少其一為1pC/N以上,且 每1m 2的缺陷數小於0.2個。
- 如請求項1所述之有機壓電薄膜,其中,每1m 2的皺褶數為1個以下。
- 如請求項1所述之有機壓電薄膜,其中,前述有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d 33為5pC/N以上。
- 如請求項1所述之有機壓電薄膜,其中,前述有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d 33為20pC/N以上。
- 如請求項1所述之有機壓電薄膜,其中,前述有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d 31為2pC/N以上。
- 如請求項1所述之有機壓電薄膜,其中,前述有機壓電薄膜含有極化氟類聚合物,且壓電常數d 31為13pC/N以上。
- 如請求項3所述之有機壓電薄膜,其中,前述極化氟類聚合物含有選自由偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物及偏二氟乙烯同元聚合物所組成的群組中至少一種聚合物。
- 如請求項1至7中任一項所述之有機壓電薄膜,其捲曲度為1mm以下。
- 一種積層體,包含: 如請求項1~8中任一項所述之有機壓電薄膜;及 電極,與前述有機壓電薄膜之一面的至少一部分連接。
- 一種有機壓電薄膜的製造方法,包含: 被覆步驟,以滿足公式: ln(Cρ)≥-17 [式中,C為電容(pF),ρ為導電率(S/m)] 之覆蓋膜,被覆含有經極化處理而具有壓電性之聚合物的原料膜之一面側的至少一部份;及 極化步驟,以前述施加電極與前述覆蓋膜對向、且前述接地電極與前述原料膜之另一面連接的方式,將被覆有前述覆蓋膜的前述原料膜設置於具備施加電極和接地電極的極化裝置中,並進行極化處理。
- 如請求項10所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,前述極化步驟係於已將抵抗由前述極化處理所生之前述原料膜的收縮應力之力賦予前述原料膜之狀態下進行。
- 如請求項10所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,在極化步驟之前,還進一步包含將前述原料膜固定於基材的固定步驟,前述極化步驟係於前述原料膜固定於前述該基材的狀態下進行。
- 如請求項12所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,前述固定步驟包括: 塗覆步驟,將含有經極化處理而具有壓電性之有機材料的塗覆液,塗覆於基材上而形成塗覆膜;及 原料膜形成步驟,從前述塗覆膜獲得原料膜, 並對由前述原料膜形成步驟中所獲得之原料膜進行前述被覆步驟。
- 如請求項10所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,藉由施加張力,對前述原料膜及前述覆蓋膜中至少其一,賦予至少一部份抵抗由前述極化步驟所生之前述原料膜的收縮應力之力。
- 如請求項10所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,前述極化步驟中之極化處理,係在前述施加電極與前述覆蓋膜之間設置空間進行。
- 如請求項10所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,前述覆蓋膜的材料含有纖維素及矽中至少其一。
- 如請求項10至16中任一項所述之有機壓電薄膜的製造方法,其中,還進一步包含使前述原料膜結晶化的結晶化步驟。
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