TW548784B - Semiconductive polymeric system, devices incorporating the same, and its use in controlling corrosion - Google Patents

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548784 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明範疇 本發明係關於一種結合有機塗層、電子元件及半導體技 術之半導體系統，及其用於取代習知之半導體組合物，以 及防止腐蝕之用途。 背景技藝之論诫 過去數世紀來已發展出各種控制腐蝕之方法，其中特別 強調在腐蝕性環境中延長金屬結構之壽命的方法。此等方 法典型上包括主要用於使含鐵金屬，諸如鋼，及一些非鐵 金屬，諸如鋁之抗腐蝕性升級，及避免使用更昂貴合金之 需求的保護性塗層。因此，其可改良性能及降低成本。然 而，此種保護性塗層典型上具有一些缺陷，包括對會腐蝕 或積垢之非金屬結構的不良塗布性。 保護性塗層可歸為兩大類。此等類別之最重要者為局部 塗層諸如漆，其係作為抵抗環境的物理障壁。第二類別係 由犧牲塗層，諸如鋅或鎘所組成，其係經設計成優先侵蝕 ，以防止基礎金屬被侵姓。 陰極保護及塗層皆係主要目的在於減輕及防止腐蝕的工 程方法。各方法不同··陰極保護係經由自外部來源引入電 流，以抵銷正常的電化學腐蝕反應而防止腐蝕，而塗層則 形成障壁，以防止在自然發生之陽極與陰極之間或在電偶 内之腐蝕電流或電子的流動。各此等方法皆僅提供有限的 成效。塗層係迄今為止對於一般腐蝕防止之最普遍的方法 (參見等人美國專利第3,562，124號及Havashi等人墓 -4-

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發明説明 國專利第4, 219, 358號）。然而，陰極保護則被使用於保護 處於掩埋或浸沒情況之數百千英哩之管件及數英畝之鋼表 面° 陰極保護之技術經由使其具有足夠的陰極電流，以使其 之陽極溶解速率變得可以忽略，而用於降低金屬表面之腐 蝕（例如，參見EH，美國專利第3,574 8〇1號；Wasson ，美國專利第3, 864, 234號；Maes，美國專利第4, 381，981 號;ilison等Λ，美國專利第4, 836, 768號；Webster，美 國專利第4, 863, 578號；及Stewart等人，美國專利第 4，957, 612號）"陰極保護概念係經由施加足夠的電流，以 使陰極極化至陽極之位能使在局部陽極及陰極表面之間之 位能差消失而運作。換言之，施加陰極電流的效應係降低 持續作為陽極之面積，而非降低此等殘留陽極的腐蝕速率 。當所有的陽極皆經消滅時，則達成完全的保護。由電化 學的觀點來看，此顯示已將足夠的電子供給至受保護之金 屬以致金屬離子化或溶解的任何傾向經中和。 近來的腐蝕研究工作發現電化學腐蝕過程似乎與電化學 系統之電性質，諸如電池電流及電極位能之隨意波動相關 。在技藝中將此等隨意波動稱為「雜訊」。研究人員已開 始應用雜訊分析技術於研究電化學系統中的腐蝕過程。 —fe^ U.S· 5, 352, 342 及 gjffe ’ ϋ· S· 5, 009, 757揭示一 種在腐钱防止系統中與電子元件結合使用之以鋅/氧化鋅 為主材料之矽酸鹽塗層。其揭示塗層中之鋅/氧化鋅顆粒具 有半導體性質，主要係在Ζη-ΖηΟ相邊界之ρ—η接面。其說明 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇X 297公釐)

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田逆向偏壓時，此1) — 11接面之行為如同二極體，且會抑制電 子之傳送通過邊界。此限制條件限制自以氧化作用之部位 至ZnO表面上之氧還原作用之部位的電子轉移。在局部腐蝕 電池之陽極及陰極之間之電阻有效地增加，且腐蝕有效地 降低。 一般而言，以Ζιι-ZnO為主之接面將由於與在以表面之Ζη 之氧化作用及在Ζη0表面之I之還原作用相關之位能而逆 向偏壓。然而，會發生顯著的隨機電壓波動。此等電壓波 動使接面插入變為順向偏壓。當順向偏壓時，穿越接面的 電子傳送增加，且有Zri之氧化作用及〇2之還原作用的加速 。在局部腐蝕電池之陽極與陰極之間有效地短路，且腐蝕 有效地增進。 之專利揭示將固定值電容器安裝於腐蝕防止系統 之電化學電路中。然而，並無法控制電容之值及任何關於 測定在任何指定結構中有效防止腐蝕所需之電容值而建議 之方法。因此，需於系統中使用過電容，以使其有效。 近來導電性有機聚合物之發展已達到在商業上可行的程 度。其之用途自電荷儲存電池、抗靜電薄膜、導電性軟管 、襯墊、纜線屏蔽、導電性紡織品、化學感測器、電磁屏 蔽、氣體分離薄膜、電光學裝置、電石印 (electrol ithographic)應用中之放電層、及作為腐蝕防止 漆。一此種腐蝕防止應用為可透過經銷商-俄亥俄州之 Seegott, Inc, 一講自 GeoTech Chemical Company, LLC 之稱為CATIZE的商業產品。此係經摻雜鋅金屬或離子之導

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電性聚苯胺聚合物，其被使用作為金屬結構上之犧牲陰極 保護層。 先前之腐蝕防止方法，諸如以上揭示之Riffe(方法的一 缺點為可由其中所揭示之以矽酸鹽為主材料之塗層而得的 顏色選擇相當沒有彈性，唯—可容易取得的顏色為灰色。 雖然此在大多數的海洋及結構用途中可以接受，但仍有需 要-種非犧牲，且可以許多顏色提供，以使用作為漆之替 代物，尤其係用於汽車及運輸工業中之腐蝕防止塗層。 發明概要 因此本發明之一目的為提供一種可提供半導體性質 (尤其係當由電極連接至電源時）之有機導電性聚合物塗層。 本發明之再一目的為提供一種可對任何導電性結構提供 抗腐钱性質之有機導電性聚合物塗層。 本發明之再一目的為提供一種經對金屬結構之獨特特性 微調之用於保護導電性金屬結構防止腐蝕之方法。 本發明之再-目的為提供—種經由使用以有機聚合物為 基礎之半導體技術’且不利用外部陽極、不利用電解質、 及不利用電流流動而防止導電性結構腐蝕之方法。 本發明之再一目的為提供一種保護導電性結構防止腐蝕 之系統’其中此系統提供長期保護作用，@需要最少的系 統維修。 本發明之再一目的為提供一種具有抗腐蝕性質，且可以 任何期望顏色提供’以使用作為漆之替代物的有機聚合物 塗層。 -7- 548784 A7 B7 五、發明説明

本發明之再一目的為提供一種使用有機塗層及電子元件 ，且易應用於各種用途中之半導體系統。 此等及其他目的係經由發現一種半導體有機聚合物塗層 及相關的電子系統而滿足，其中此系統可經由僅將其上設 置半導體有機塗層之導電性結構中之電壓波動過濾而操作 ，其中使用此系統之方法包括： 將導電性結構塗布半導體有機聚合物塗層，將固定電子 濾、波器連接至該經塗布結構， 監測由經連接該固定電子濾波器之該塗層所產生之雜訊， 使用連接至該塗層之可調整濾波器，以測定使由該塗層 所產生之雜訊減至最小所需之抗腐蝕濾波器響應；及 以具有至少該抗腐蝕濾波器響應之濾波器響應之被動或 主動濾波器取代該可調整濾波器。 本發明更關於一種半導體系統，其包括在導電性或非導 電性結構上之半導體有機聚合物塗層、電連接至半導體有 機聚合物塗層（直接或間接）之電容器（或濾波器，固定或可 調整）；及其於各種半導體應用中之用途。 遍式簡單說明 經由結合附圖參照以下之詳述，當可更容易獲得對本發 明之更完整的瞭解，及其之許多伴隨的優點，其中： 圖1係本發明之一較佳具體實施例之Zn/ZnO接面的圖示。 圖2顯示描繪本發明之系統的等效電路圖。 較佳具《實施例詳述 本發明之最寬廣的形式提供一種半導體系統，其包括在 -8 - 本纸張尺度適用準(cns/m規格(摩297公釐)

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基材上之半導體有機聚合物塗層及電連接至半導體有機聚 合物塗層之電容器（或濾波器）。此電容器（或濾波器）可為 任何期望的電容值。關於濾波器，亦可將關於腐蝕防止而 說明於下之固定及可調整濾波器使用於半導體系統。 本發明之半導體有機聚合物塗層及系統可配合各種導電 性基材使用’而提供一些重要的性質。本發明之半導體有 機聚合物塗層可為任何導電性或半導體有機聚合物塗層， 包括’但不限於，經摻雜或未經摻雜形式的聚乙炔、聚伸 苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚β比咯、聚（伸芳基伸乙烯基）、 及聚苯胺。此外，本發明之有機聚合物塗層可為任何此等 聚合物類型與任何適當之熱塑性或熱固性聚合物，及視需 要與一或多種習知填料，諸如纖維玻璃、礦物填料、唉纖 維等等的摻混物、複合物或膠體。柯克-奥斯瑪化學技術百 科全書（Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology) ’第4版’第9冊，61-85頁（1994)中揭示各種導電性有機聚 合物，將其之全體内容以引用的方式併入本文中。可使用 於塗層或漆工業中慣用之一或多種染料或顏料將塗層進一 步配方成為有色塗層，只要染料或顏料不會破壞有機聚合 物塗層之導電性即可。較佳的塗料包括CATIZE(聚苯胺及鋅 金屬之組合，如前所指）、BAYTR0NP(天性為導電性、透明 、且實質上無色（淡藍色）之PEDT/PSS [聚（3,4 —伸乙二氧噻 吩）聚（苯乙烯磺酸酯）])及LIGNO_PANI(聚苯胺），其皆係透 過經銷商-俄亥俄州之Seetech，Inc·-而購自Geotech Chemical Co·，LLC 〇 -9- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 五、發明説明（7 本發明<半導趙系統可應用於任何習知 包r但不限於’半導體及電子組件，=半 ^電何儲存電池、抗靜電薄膜、導電性軟管、襯 ^·、纜線屏蔽、導電性紡織品、化學感測器、電磁屏蔽、 氣體分離薄膜、電光學裝置、電石印應用中之放電層、及 作為錢防止漆。柯克_奥斯瑪化學技術百科全書，曰 及：21:，72"16頁(刪)申揭示各種其他的半導體用途 及八之裝備，將其之全體内容以引用的方式併入本文中。 可使用此系統於製造半導體晶片中之半導體層，其中半導 體有機聚合物取代習知之半導體材料。半導體有機聚合物 可利用形成塗層之任何習知的方法塗布，其包括但不限 於’自炫體或以液體塗布，將聚合物塗布於晶片基材上， 隨後再於表面上乾燥化/聚合。以液體塗布聚合物之一 種方法係利用聚合物溶液喷塗基材’隨後再將如此形成之 聚合物層乾帛’以㈣溶劑。㈣之選擇係視所使用之特 殊的半導體有機聚合物而定’且其係在熟悉技藝人士的能 力範圍内。理想上’溶劑係不會產生揮發性有機物質之溶 劑’對於可溶於水之聚合#，其為水最佳。其他溶劑包括 ’但不限於’醇、烴、醚、二曱亞磲、二甲基甲醯胺、及 輞諸如曱基乙烯基酮或丙酮。可使用習知之負或正光罩及 蝕刻技術，包括化學蝕刻及以輻射為主之蝕刻方法，將本 發明之半導體聚合物形成為任何期望的晶片圖案。因此， 可使用本發明之半導體系統於取代任何習知之以半導體為 主之裝置中的半導體材料，其包括，但不限於，晶片、二 548784 A7

極體、整流器、放大器、電晶體、及變阻器。 本發明之半導體有機聚合物可為任何期望的分子量（除 非特別指示，否則所有分子量係為重量平均分子量），只^ 聚合物在設計的使用條件下可形成薄膜或塗層即可（即如 普！為低溫條彳，則分子量可冑⑯，而仍形成適當的塗層 或薄膜）。較佳的分子量係自1〇3至1〇7，1〇3至1〇δ更佳。= 於有機聚合物之導電性係隨分子量之增加而改冑，因而亦 可使用聚合物之分子量於調整最終裝置之半導體性質。使 用兩種以上的不同聚合物（化學組合物或分子量或兩者不 同）可在相同裝置内提供對不同輸入起反應的不同半導電 性區域。 其上設置半導體有機聚合物之基材可為導電性或非導電 性。導電性基材可為金屬或非金屬。非導電性基材可為任 何作為絕緣體之材料，諸如矽晶圓或其他非金屬基材。在 半導體晶片製造技藝中之此種非導電性或導電性基材之製 造係熟悉技藝人士所熟知。 在一較佳具體實施例中，本發明提供一種防止任何易被 腐蝕之導電性結構之腐蝕的方法，其包括將導電性結構塗 布半導體有機聚合物塗層，及將所產生之經塗布結構連接 2固定電子濾波器，監測由系統所產生之腐蝕雜訊，及測 定使腐蝕雜訊減至最小所需之濾波器響應（在本發明之情 況中，使用術語「腐蝕雜訊」於說明由於電流腐蝕程序^ 發生的電壓波動）。在一具體實施例中，本發明包括使用可 調整濾波器調整濾波器響應，以測定使由經塗布結構所產 -11- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公爱) 548784

生之雜訊減至最小所需之濾波器響應，然後再以至少具有 測定之抗鋒濾波器響應之被動電子濾波器取代可調整減 波器。在另-具體實施例中，本發明以主動電子遽波器; 連續監測雜訊，並自動調整濾波器響應，以使系統中之波 動減至最小之監測系統取代可調整濾波器。 本發明經由將半導體有機聚合物塗層連結至電子濾波器 ，而使此腐㈣訊減至最小。電子濾波器具有在本發明之 情況中經定義為在-定頻率下之雜訊降低程度的濾波器響 應。如前所指，濾波器可為被動、低通_波器或主動遽 波器。在各情況中，渡波器使電壓波動減至最p存在於 半導體塗層中之接面則維持逆向偏壓。在半導體有機聚合 物塗層中，自陽極至陰極領域的時間平均電子流動接著降 低，且塗層經有效地鈍化。 被動、低祕錢器基本上係為_電容器及—電阻器。 在本系統之情況中’咸信半導體有機聚合物塗層在某種程 度上係作為電阻器，其與電容器完成RC遽波器。適當的主 動遽波器包括，但不限於， 曰A 巴特握（Butterw0rth)濾波器、 貝色耳（Bessel)濾波器、及㈣契（Sallen_Key)遽波器。 :等主動濾波器可於市面構得及/或可由熟悉技藝人士容 易地製備得。此等主動遽波器基本上係具有電容器的運算 ^大電路。本發明之濾波器的主要組件為電容器，其中之 關較佳。 “供雜訊降低所需之電容相 使用本發明之雜訊測量態樣於微調供特定應用用之系統 -12-

548784 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 的設計。基於測量雜訊，可決定及改良必需的濾波器性質 及系統中之濾波器之裝設位置，以即使係在相當大之結構 ’諸如般空母艦或跨海大橋中，仍可於結構的整個表面上 達到持續的腐蝕防止。在本發明，監測在經塗布表面與低 雜訊、高阻抗參考電極之間的電壓波動。適當的高阻抗參 考電極可由’例如，飽和甘汞電極或餘和硫酸鹽電極製備 得。適合此用途之市售的高阻抗參考電極可購自各個目錄 叹備公司，諸如Beckman Instruments或Corning。雜訊可 使用此等電極利用示波器監測，以顯示電壓波動。或者， 可儲存由電極而得之數據，並使用PC電腦利用類比-數位轉 換器分析，及使用時序分析程式，諸如快速傅立葉 (Fourier)轉換（FFT)分析或最大熵方法（MEM方法）分析所 得數據。此等方法可視需要而提供即時及延遲結果。使用 此等方法可測定在示波器上產生幾近平坦線條（即使雜訊 減至最小）所需之濾波器響應值及濾波器之設置位置。此可 於結構的單一位置進行，或對於較精細的控制，可於結構 表面附近的多個位置進行。可調整電子濾波器性質及濾波 器之裝設位置，以使測得的電壓波動減至最小，因此而使 塗層之純化作用增至最大。最終結果係使供任何期望結構 類型用之腐钱防止系統之壽命大大增加。此係因腐蝕雜訊 之降低’因此而使半導體有機聚合物塗層之犧牲腐蝕大大 降低而發生。 可將本發明之半導體有機聚合物塗層使用於各種用途中 。其中主要的用途係防止導電性結構之腐蝕。本防止導電 -13- 本紙張尺度適用巾@ g家標準(CNS) Μ規格(⑽χ挪公爱) 548784

性基材之腐蝕的系統包括： (a)與導電性結構之至少部分表面導電性接觸之半導體 有機聚合物塗層；及 (b)過濾腐蝕雜訊之裝置，其中此裝置包括電子槽 (electron sink)，諸如電池或其他電源，以及一連接至^ 塗布導電性基材之濾波器，諸如電容器； 及發現一種腐蝕防止方法，其包括： (1) 清潔導電性結構之外表面； (2) 以本發明之半導體有機聚合物塗層塗布外表面；及 (3) 使用電子濾、波器，以使系統中之腐姓雜訊減至最小。 本發明之抗腐蝕方法及系統的一關鍵為測量由整個系統 (包括，但不限於，基材、塗層及濾波器組件）所產生之腐 蝕雜訊，及經由應用電子濾波器而使該雜訊減至最小。 在腐蝕及積垢防止之具體實施例中，本系統包括兩相互 依存的組件：（1)半導體有機聚合物塗層，及（2)賦予經塗 布塗層之導電性結構淨負偏壓之裝置。一般而言，半導體 有機聚合物塗層係於導電性表面經清潔之後再塗布至其上 ，以對金屬表面利用噴粒處理至商業的喷磨修飾或對非金 屬導電性結構利用相當的方法較佳。當利用喷粒處理或相 當的方法清潔導電性表面時，表面將具有深度自01密爾 (mil)至數密爾之許多溝槽或凹痕。本發明之半導體有機聚 合物塗層應以較由清潔方法所形成之坑穴深度大之至少2 岔爾的深度塗布，以自2至1〇密爾之厚度較佳，7至9密爾之 厚度最佳。在沒有顯著坑穴的光滑表面上，塗層可以低至

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548784 A7 ________ B7 五、發明説明（12 ) ' 1 約〇·5密爾之厚度塗布，而不會對系統性能有不利影響。 可使用本方法及系、统保護之結構可為任何易腐㈣導電 性材料。此結構為含鐵金屬或非鐵導電性金屬之金屬結構 較佳。典型的金屬包括，但不限於，鐵、鋼、及鋁。在一 最佳具體實施例中，基材為汽車或其他交通工具之金屬車 體，及半導體有機聚合物塗層包括有機導電性聚合物（視需 要包含導電性摻雜劑，諸如Ζη)及視須要提供塗層顏色之一 或多種染料或顏料。在此具體實施例中，車體可於單一的 塗層塗布中具有期望的顏色，而抗腐蝕性質則較諸需要多 次（典型上係底漆、顏色及面塗層之總計三者以上的組合） 塗層塗布之習知之汽車操作有顯著的改良。在一更佳之具 體實施例中，使用單一蘸塗將汽車之整個金屬車體的所^ 暴露表面塗布本發明之半導體有機聚合物塗層，及於汽車 的最終組裝之後，加上系統的電子監測及過濾裝置。 本發明之半導體有機聚合物塗層包括（a)具有或不具有 摻雜劑之導電性有機聚合物，及（1))非必需之一或多種金屬 或金屬合金，其存在或不存在金屬之氧化物較佳。在一最 佳具體實施例中，包含於塗層中之金屬或金屬合金為 Zn/ZnO系統。導電性有機聚合物或塗層中之金屬或金屬合 金（當存在時）必需具有較受保護之導電性材料高的氧化位 能。由於大多數受保護材料之氧化位能，本發明之半導體 有機聚合物塗層包含一或多種金屬或金屬合金，其存在或 不存在金屬之氧化物最佳。熟知大多數金屬的標準電極位 能’及對各種不同金屬將其呈現於下。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公袭) 548784 A7 B7

整..色重極還原位能（包复^氫電掩）

Fe.2 + 2e- Fe ： «〇· 41

Zn + 2e- Zn · ~q γβ

Ti+2 + 2e- Ti : -i· 63 A1+3 + 3e- A1 ： -1.71 Ce+3 + 3e- Ce : ~2· 34

Mg+2 + 2e- Mg ： -2· 38

Ba+2 + 2e- Ba : -2. 90

Cs+ + e- Cs : -2· 92 (來源：CRC化學及物理手冊（CRC Handbook of Chemistry 裝 and Physics)，第 60版，Robert C· Weast編輯，CRC Press,

Inc· ， Boca Raton ， FL ， 1979) 訂

由於本系統及方法之塗層係相對於受保護之導電性材料 犧牲（雖然當使腐蝕雜訊減至最小時有最小犧牲），但當決 定包含於塗層中之金屬時，應選擇較受保護之導電性材料 具更大負值之標準電極位能的金屬。舉例來說，為保護以 (諸如存在於鋼中），塗層可使用Zn、Ti或任何其他具有較 -0· 44更大負值之標準電極位能的金屬。當保護具有負值相 當大之電極位能之金屬，諸如鋁（-1.68)時，可接受使用具 負值較小之電極位能之金屬（諸如Zn)與具負值較大之電極 位能之金屬（諸如Mg)結合的合金。此合金將使塗層具有必 需的犧牲特性，同時可避免僅含具極大負值之電極位能之 金屬諸如Mg之塗層所會發生的極端氧化作用。亦可經由將 具極高負值之電極位能之金屬加入至以上所指之黏合劑之 -16- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 548784 A7 __________B7 五、發明説明（14 了~ --— 八中者，而避免太過快速犧牲的塗層。替代兩金屬之合 金，可加入具較大負值之電極位能之金屬作為矽酸鹽黏合 劑之相反離子。 本發月之塗層亦可包括加入至塗層中之額外的η型半導 體，諸如Sn/Sn0。此外，可將塗層摻雜金屬諸如Α1或Ga， 以提同塗層之導電性，或摻雜卜㈣之以，以降低塗層之導 電性。本發明之較佳塗層中之金屬/金屬氧化物界面 (Zn/ZnO)係作為電化學系統中之二極體用。因此，塗層包 含許多作為二極體的微領域。由於由塗層所產生之腐蝕雜 訊，二極體由於塗層中之微領域之導電位能的波動而定期 地開關。此導電位能之波動及二極體之開關造成塗層犧牲 侵钱。經由摻雜，諸如Li，降低塗層之導電性，可將二極 體之開關位能降至低於雜訊波動曲線中之最低點。此將可 使塗層之犧牲腐蝕減至最小，同時仍保護受保護結構之導 電性材料。 可經由對導電性表面適當地選擇半導體有機聚合物塗布 材料’而得到傳統的被動以及新穎的主動障壁。 在一較佳具體實施例中，本發明之塗層之鋅粉形成金屬一 半導體接面，其中鋅金屬及氧化鋅形成界面，而氧化鋅為η 型半導體。 圖1概略顯示完成塗層之一較佳具體實施例。圖i顯示本 發明之較佳鋅/氧化鋅/聚合物塗層（4)之多孔特性。鋅顆粒 (1)經氧化鋅層（2)覆蓋，而各個經塗布氧化物之顆粒被導 電性有機聚合物黏合劑（3)包圍。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 548784 A7

本發明之導電性結構可為任 摄 ^ 』#要腐蝕保護的導電性姓 構’包括金屬結構及非金屬姓謹 括合m目&此種金屬結構之例子包 括金屬父通工具，諸如船、飛機、汽 工具、金屬交通工具零件'严樺、一 ± -兄次運輸 令旰衢樑、鐵路連結機構、容器、 & 4牛及金屬塔，以及較小的結構諸如生醫裝置。金屬交通 工具零件之例子包括交通工具諸如汽車、飛機、火車、軍 用陸上交通玉具諸如坦克、及船及其他海上交通工具之金 屬零件。之例子為精煉容器、儲倉及儲存箱。非金屬 導電性結構之例子包括導電性混凝土及導電性聚合結構。 腐蝕過程亦會影響此等非金屬導電性結構，且亦可藉由本 發明而減至最小。已有人提出導電性混凝土為用於製備浮 動機場跑道的可能材料。本發明之系統將有助於防止混凝 土之腐蝕，因此而延長混凝土結構的壽命及結構完整性。 於本發明中所得到的一顯著優點為經由將半導體有機聚 合物塗層之犧牲腐蝕減至最小，將可使塗層之壽命延長至 較習知之塗層保護系統長許多倍。雖然此可經由施加陰極 電流而於水中達成，但如此將需要實質的電流，且將相當 難控制。本發明之方法在塗層内部作用，因此而可防止腐 姓介質僅係自空氣凝結之濕氣的大氣腐蝕。此對於保護諸 如汽車及其他交通工具之車體之表面，以及新式船隻之内 表面（其之提供增加強度的設計伴隨增加的易受腐蝕區域） ，以及保護汽車零件、橋樑、飛機、及火車變得極度重要。 另一較佳具體實施例為將本方法及系統使用於新式船隻 之内表面上，其中凝結由於其之高鹽水含量而最具腐钱性 -18- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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548784 A7 B7 五、發明説明（16 ’且其中同時陰極保護系統沒有足夠的濕氣運作。由於沒 有本發明之雜訊濾波器，塗層中之鋅將快速地濾出，且被 凝結物之流動至船底而侵蝕掉。然而，當將根據本發明之 雜訊濾波器應用至金屬基材時，可有效地停止此瀝濾。 另外，在汽車之基材鋼上使用雜訊濾波器實質上不會對 板上之電子元件造成干擾，此係在目前銷售之高度電腦化 及電子汽車中的一項重要考量。此外，將其使用於船之基 材鋼上並不會造成比在船内打開電燈更大的干擾，而由於 儘管雜訊濾波器使用電池或其他電子來源，但其並不會產 生會可察覺地輻射超過塗層之場，因而其亦不會使相對的 檢測裝置產生可檢測的信號。熟知鋅之吸收特性，且其通 常被使用於EM屏蔽及電子元件封閉。因此，亦將沒有來自 經應用本系統之以海岸為主之結構的可測量EM輻射。 本發明之固定電子濾波器係作為連接有電子槽之電容器 ，以使電容器保持逆向偏壓。固定電子濾波器係習知之電 源’例如直流電（DC〇電源裝置諸如電池，以12伏特電池較 佳’及太％能電池及交流電（A C)電源裝置的組合較佳。應 注意雖然在本說明中將此組件稱為「電源」，但在本系統 中既無電流，亦無電壓。因此，電源的名稱僅係為方便起 見’其並非意謂電子流動。如可得到完整電路的話，所使 用之電源裝置足以提供自〇· 5至30伏特之電壓較佳，1〇至2〇 伏特最佳。固定電子濾波器（即電源及電容器）可直接連接 至基材或至塗層，而連接至經塗布導電性基材。在一較佳 具體實施例中，本發明之電源裝置具有直接連結至受保護

裝 訂

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之導電性結構的負端子。電源裝置之正端子係經由遽波器/ =容器而連結至導電性結狀遠離於負端子連接的結構部 分。藉由使用導電性有機聚合物作為本發明之塗層，可使 此等電連接直接到達有機聚合物塗層，而非導電性結構， 或了將正端子連接至有機聚合物塗層或導電性結構之其中 味者，而使負端子連接至另一者。由於本發明並未仰賴電 々丨L /爪動的產生（其會隨端子間之距離的增加而下降），因而 端子間之距離並不重要，只要正及負端子不會互相接觸即 可。將正端子連接至距負端子連接位置〇 〇1米至3〇米之結 構上的位置較佳，距負端子連接位置5至1〇米最佳。 本發明之方法有助於系統之壽命。其並沒有如同習知之 陰極保護系統般之要定期監測及控制電流或位能。此外， 本系統不可能如同印象中之陰極保護系統所會發生之失去 控制及嚴重損壞支承結構。因此，塗層壽命之唯一有效的 降低將係來自於風中及水中的磨蝕。由於塗層之耐磨性較 鍍鋅稍佳，因而塗層之預期壽命可延長至數十年的範圍。 另外，藉由使用主動濾、波器及連續監測雜訊波動及調整 遽波器性質（諸如濾波器響應及截止頻率）之監測系統，可 由防止由於隨時間之增加腐姓所致之犧牲損耗速率之增 加，而延長塗層壽命。 圖2顯示描緣本發明之系統的等效電路圖。在電路中， 係溶液電阻（Rs)，11及12係分別在陽極（Ea)及陰極（Ec)之 電極位能。13表示電路中之雜訊來源（En)。14及15分別顯 示陽極（Ra)及陰極（Rc)之法拉第阻抗。二極體（d) 16顯示在 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 548784 A7 B7 五 發明説明（18 )

Zn/ZnO邊界之金屬-半導體接面。17表示為主動或被動濾波 器之雜訊濾波器（F)。 本發明顯然可依據以上教授而進行許多修改及變化。因 此，當明瞭本發明可在隨附之申請專利範圍的範圍内以除 如明確說明於文中之外的其他方式實行。 -21 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 548784 A7 B7 五、發明説明（19 ) 元件名 F號對照表 序號 元件 編號 原文 中文 1 10 solution resistance 溶液電阻 2 11 galvanic electrode potential at the anode 陽極之電極 位能 3 12 galvanic electrode potential at the cathode 陰極之電極 位能 4 13 noise source in the circuit 電路中之 雜訊來源 5 14 faradaic impedance of the anode 陽極之法拉 第阻抗 6 15 faradaic impedance of the cathode 陰極之法拉 第阻抗 7 16 Diode 二極體 8 17 noise filter 雜訊遽波 -22- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 1 · 一種防止與腐蝕性環境接觸之導電性結構腐餘之方、、 該方法包括： (a) 將導電性結構塗布半導體有機聚合物塗層，並提供 連接至經塗布之導電性結構之電子濾波器； 〃 (b) 監測由經塗布之導電性結構所產生之腐蝕雜訊，及 調整該電子濾波器之濾波器性質，以使腐蝕雜訊減 至最小。 ° ' 2 ·根據申凊專利範圍第1項之方法，其中該電子遽波器包 括一電源及一電容器。 3 ·根據申请專利範圍第1項之方法，其中該監測及調整步 驟（b)係使用主動濾波器及監測裝置而連續進行。乂 4·根據申凊專利範圍第1項之方法，其中該電子濾波器包 括複數個電容器，及該步驟（1))更包括決定該複數個電 容器之各者於該導電性結構上之位置。 5·根據申請專利範圍第1項之方法，其中該導電性結構係 為金屬導電性結構。 6·根據申請專利範圍第5項之方法，其中該金屬導電性結 構包括選自由含鐵金屬及導電性非鐵金屬所組成之群 之金屬。 7，根據申請專利範圍第6項之方法，其中該金屬係為鋼。 8·根據申請專利範圍第6項之方法，其中該金屬係為鋁。 9·根據申請專利範圍第〗項之方法，其中該導電性結構係 選自由橋樑元件、鐵路連結機構、煉油廠、容器、金屬 塔、及導電性混凝土結構所組成之群。 548784

   〇·根據申請專利範圍第1項之方法，其中該導電性結構係 選自由 >飞車、汽車零件、卡車、巴士及建築設傷所組成 之群。 u·根據申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體有機聚 合物塗層包括導電性有機聚合物及一或多種金屬、金屬 合金或非金屬半導體材料。 根據申請專利範圍第丨丨項之方法，其中該導電性有機聚 合物係選自由聚乙炔、聚伸苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚 °比咯、聚（伸芳基伸乙烯基）、聚苯胺、及其之經摻雜組 合物所組成之群之一者。 13·根據申請專利範圍第丨丨項之方法，其中該一或多種金屬 或金屬合金包括選自由Zn、Ti、A1、Ga、Ce、Mg、Ba、 Cs、其之相關金屬氧化物及合金所組成之群之金屬。 14·根據申請專利範圍第13項之方法，其中該一或多種金屬 或金属合金包括選自由Zn、Ti、A1、Ga、Ce、Mg、此及 Cs所組成之群之一或多種金屬及由其製得之一或多種 金屬氧化物之混合物。 15,根據申請專利範圍第13項之方法，其中該一或多種金屬 或金屬合金係為鋅/氧化鋅之組合。 16·根據申請專利範圍第！項之方法，其中該半導體有機聚 合物塗層更包含一或多種染料或顏料。 17· —種防止導電性結構腐蝕之系統，包括·· (a) —半導體有機聚合物塗層； (b) —固定電子濾波器； -24- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) A B c D 548784 申請專利範圍 (C ) 一腐蝕雜訊監測系統；及 (d)—可調整濾波器。 18·根據申請專利範圍第17項之系統，其中該腐蝕雜訊監測 系統更包括一高阻抗參考電極及一示波器。 19·根據申請專利範圍第17項之系統，其中該可調整濾波器 係選自由可手動調整濾波器及主動濾波器所組成之群。 2〇·根據申請專利範圍第17項之系統，其中該半導體有機聚 σ物塗層包括導電性有機聚合物及一或多種金屬、金屬 合金或非金屬半導體材料。 21·根據申請專利範圍第20項之系統，其中該導電性有機聚 合物係選自由聚乙炔、聚伸苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚 比嘻、t (伸芳基伸乙稀基）、聚苯胺、及其之經摻雜組 合物所組成之群之一者。 22·根據申請專利範圍第2〇項之系統，其中該一或多種金屬 或金屬合金包括選自由以、Ti、A1、Ga、Ce、Mg、 Cs、其之相關金屬氧化物及合金所組成之群之金屬。 23·根據申請專利範圍第22項之系統，其中該一或多種金屬 或金屬合金包括選自由Zn、Ti、Ai、Ga、Ce、心' h及 Cs所組成之群之一或多種金屬及由其製得之一或多種 金屬氧化物之混合物。 24. 根據申請專利範圍第22項之系統，丨中該一或多種金屬 或金屬合金係為鋅/氧化鋅之組合。 25. 根據申請專利範圍第17項之系統，其中該半導體有機 合物塗層更包含一或多種染料或顏料。

   -25- A BCD 548784 26· —種受腐#保護之交通工具，包括： 一具有一或多個金屬外部零件之交通工具，其中該一 或多個金屬外部零件之至少一者經塗布一層半導體有 機聚合物塗層； 一腐蝕雜訊監測系統；及 一可調整濾波器。 27.根據申請專利範圍第26項之交通工具，其中該腐蝕雜訊 監測系統更包括一高阻抗參考電極及一示波器。 28·根據申請專利範圍第26項之交通工具，其中該可調整遽 波器係為主動濾波器。 & 29.根據申請專利範圍第26項之交通工具，其中該半導體有 機聚合物塗層包括導電性有機聚合物及一或多種金屬 、金屬合金或非金屬半導體材料。 30·根據申請專利範圍第29項之交通工具，其中該導電性有 機聚合物係選自由聚乙炔、聚伸苯基、聚呋喃、聚嗟吩 、聚。比咯、聚（伸芳基伸乙烯基）、聚苯胺 '及其之經推 雜組合物所組成之群之一者。 31·根據申請專利範圍第29項之交通工具，其中該一或多種 金屬或金屬合金包括選自由Zn、Ti、Al、Ga、Ce、Mg、 Ba、Cs、其之相關金屬氧化物及合金所組成之群之金 屬。 32.根據申請專利範圍第31項之交通工具，其中該一或多種 金屬或金屬合金包括選自由Zn、Ti、Al、Ga、Ce、Mg、 Ba及Cs所組成之群之一或多種金屬及由其製得之一或 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 六、申請專利範圍 多種金屬氧化物之混合物。 33.根據申請專利範圍第31項之交通工具其中該一或多種 金屬或金屬合金係為鋅/氧化鋅之組合。 34·根據申請專利範圍第26項之交通工具，其中該半導體有 機聚合物塗層更包含一或多種染料或顏料。 35.根據申請專利範圍第34項之交通工具，其中該交通工具 係為汽車，及該一或多個外部零件係為車體之外部車體 嵌板。 36· —種半導體系統，包括： 一半導體有機聚合物；及 一選自由電容器'固定漉波器及可調整濾波器所組成 之群之電子組件’其中該電子組件係導電性連接至該半 導體有機聚合物。 37·根據申請專利範圍第36項之半導體系統，其中該電子組 件係為可調整濾波器。 38·根據申請專利範圍第37項之半導體系統，其中該可調整 濾波器係為主動濾波器。 39.根據申請專利範圍第36項之半導體系統其中該半導體 有機聚合物包括導電性有機聚合物及一或多種金屬、金 屬合金或非金屬半導體材料。 40·根據申請專利範圍第39項之半導體系統，其中該導電性 有機聚合物係選自由聚乙炔、聚伸苯基、聚呋喃、聚噻 吩、聚吼咯、聚（伸芳基伸乙烯基）、聚笨胺、及其之經 摻雜組合物所組成之群之一者。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 548784 41. 42. 43. 44. 45. A8 B8 C8 _______D8 申請專利範圍 根據申請專利範圍第39項之半導體系統，其中該一或多 種金屬或金屬合金包括選自由以、Ti、A1、Ga、Ce、Mg 、Ba、Cs、其之相關金屬氧化物及合金所組成之群之金 屬。 根據申請專利範圍第41項之半導體系統，其中該一或多 種金屬或金屬合金包括選自由Zn、Ti、A1、Ga、Ce、Mg 、Ba及Cs所組成之群之一或多種金屬及由其製得之一或 多種金屬氧化物之混合物。 根據申請專利範圍第41項之半導體系統，其中該一或多 種金屬或金屬合金係為鋅/氧化鋅之組合。 根據申請專利範圍第36項之半導體系統，其中該半 導體有機聚合物更包含一或多種染料或顏料。 根據申請專利範圍第36項之半導體系統，其更包括 一其上塗布半導體有機聚合物之基材，及其中該系 統形成一選自由半導體晶片、二極體、整流器:放 大器、電晶體、及變阻器所組成之群之半導體裝置。 -28-