TWI434576B - 聚合物駐電薄膜及製作方法 - Google Patents

Description

聚合物駐電薄膜及製作方法

本發明係有關於一種駐極體，尤其是一種聚合物材質的駐電薄膜及其製作方法，能大幅改善駐極體的駐電量衰減情形。

駐極體(Electret)係指可具有長期保持靜電電荷材料的總稱。駐極體的材料處處可見，如常見的介電材料(Dielectric material)，包括聚丙烯(polypropylene,PP)，含氟高聚物(Fluoropolymers)，聚全氟乙丙烯(Fluorinated ethylene-propylene,FEP)，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)以及氟化氟亞乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)。將介電材料經過電化(electrized)處理後而能永久保有靜電荷(static charges)，如此形成了駐極體。

駐電後的駐極體在其材料內會長期儲存兩種類型的空間電荷，一為極化電荷，另一為真實電荷，兩者可同時並存。真實電荷是直接或間接電荷注入而產生的。空間電荷則是在介電質和電極間存在著電導或在強電場的作用下，在介電質表面附近出現電荷氣隙擊穿，使電極對介電質發生電荷注入；或是利用熱、光照、輻射照射等物理性刺激使介電質內產生自由載流子，靠著電介質中電荷的誘導分離和捕獲而形成了空間電荷。

真實電荷分為表面電荷(Surface Charge)與本體電荷(Space Charge)。表面電荷係指沉積在材料表面或接近表面，表面電荷因暴露於環境中，故保持不易，電荷只能暫時停留於其上；本體電荷則是儲存在材料本體內部中，較表面電荷不易流失，可長久停留於材料內。這樣注入的空間電荷是將真實電荷沉積於材料中，所以擁有的電荷極性與相鄰電極電勢相同，故稱為同號電荷駐極體(Homocharge Electret)。

偶極性駐極體是在一較高之溫度將電介質施加電場使之暫時極化，再於維持電場強度情況下冷卻至一較低溫度，使體內偶極電荷沿電場方向成 永久極化或半永久極化。此類電荷極性與相鄰電極電勢為相反者，稱為異號電荷駐極體(Heterocharge Electret)。

駐極體材料駐電的方法有許多，三種主要的駐電方法如下：

1.電暈放電法：利用電場引起氣隙擊穿之電暈放電，使產生離子束轟擊電介質，電荷便沉積到電介質上。

2.熱充電法：一定高溫下，偶極子在外加電場作沿電場方向取向，待之降至一低溫後再去掉電場，偶極子取向被凍結下而有極化現象。通常加熱溫度定於玻璃轉化溫度和融點之間。

3.施加溫度和電場以外的其他作用如光照、輻照等而製成光駐極體、輻照駐極體，此電荷的分離是由於光或射線將電介質中的電子從常態激發至導帶，這些載流子在外電場作用下漂移而形成空間電荷。

駐極體的應用層面廣泛，常見用於運動器材、聲、光、醫療、電等產業。如用於光電上則用在觸控銀幕、X-Y定位；醫療方面包括助聽器、過濾口罩；電聲方面包括：超薄型音響、音響帽、揚聲器、麥克風、耳機、傳聲送話器等。此外在壓電產生器、開關、馬達、發電機、各式換能器、高壓電源、偵測器與太陽能電池等，駐極體應用都被大量地廣泛運用著。

近年來，駐極體在生醫材料上中的駐極體效應，特別引起人們的注意。例如，人的血管壁是帶負電荷的，因此可利用駐極體負電荷沉積來改善聚合物的血液相容性，幫助抗血栓及促進骨骼和人工膜組織的快速生長。另一重要突破則為應用於靜電攝影術，而帶動了靜電記錄技術的發展。另外，在很重要的生物聚合物如蛋白質、多糖及某些多核中發現了駐極體效應，此外，許多重要的生物分子如血紅素蛋白質、去氧核糖核酸(DNA)等可能有各種極化及電荷存儲區域。

駐電後的駐極體其實是半穩態極化的電介質，弛豫時間較長。然而，當去掉外加電場時，其駐電量會逐漸減小，它的電荷量就會接近指數規律逐漸衰減。室溫下駐極體的極化狀態保存狀況視種類而定。而在高溫下駐 電量則衰減得很快。因此，如何改善駐極體在高溫下的駐電量衰減情形，是一件非常重要的課題。

高分子材質之駐極體必須具有長期的安定性，且對溼度或化學物質之影響要小。傳統上，碳氫的高分子如聚丙烯(polypropylene)、聚乙烯(polyethylene)或聚碳酸酯(polycarbonate)等雖價格較便宜且易加工，耐化性及機械性能也不錯，但作為駐極體時因駐電量衰減情形嚴重，故使壽命較短，因而無法長時間有效的加以應用。全氟的高分子如含氟高聚物(Fluoropolymers)，聚全氟乙丙烯(Fluorinated ethylene-propylene,FEP)，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)等雖具備長期的安定性的條件，但由於它們太貴且因其不溶於溶劑中，而使其不易加工，故其應用難以推廣。因此，製備一種具有長期的安定性，且不受溼度或化學物質之影響的材料，以作為駐極體，使其在高溫下的駐電量衰減情形大幅降低，更是一件非常重要的研發方向。

先前技術中，美國專利US 4,046,704，以200μm厚之聚-3,3-雙氯甲烷氧雜環己烷[poly-3,3-bis(chloromethyl)-Oxacyclobutane]膜於攝氏160度以2000伏特之電場處理，冷卻至室溫後量測其表面電位為600伏特，此膜在30天內之表面電位衰退現象並不明顯，唯其未提供表面電位衰退之明確數據，且未衰退前之表面電位數值亦不高。

另一先前技術中，美國專利US 5,384,337，以PTFE作為駐極體粒子，並與聚胺甲酸酯(PU)及二甲基甲胺(DMF)形成黏結混合物(binder mix)，接著以此混合物浸染纖維，然後經過凝聚槽(coagulation bath)除去溶劑形成多孔之黏結劑，此法可將駐極體粒子散佈在binder內，其未提供任何有關表面電位之數據，其功效不明。

有鑒於此，業界亟需針對駐極體在高溫下的駐電量衰減情形提出一種有效的改良設計。

為克服上述缺點，本發明之主要目的係提供一種聚合物駐電薄膜及製作方法，包括有聚四氟乙烯薄膜與一電極層。聚四氟乙烯薄膜包含有一多孔層，多孔層具有多孔狀結構。其中，聚四氟乙烯薄膜之多孔狀結構的孔徑係介於0.01μm至5.0μm之間，且此多孔狀結構的氣孔佔積率(porosity)係介於20%至95%之間，聚四氟乙烯薄膜的厚度係介於1μm至50μm之間。藉此，可大幅提高聚合物駐電薄膜的駐電荷量以及有效降低其表面電位衰減的情形。

由於本發明係揭露一種聚合物駐電薄膜及其製作方法，其中所利用之駐極體原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之示意，並未亦不需要依據實際情形完整繪製，合先敘明。

請參考第1圖，係根據本發明所提出之第一較佳實施例，為一種聚合物駐電薄膜示意圖。聚合物駐電薄膜100包括有一聚四氟乙烯薄膜1與一電極層2。聚四氟乙烯薄膜1包含有一多孔層12，多孔層12具有多孔狀結構121。其中，聚四氟乙烯薄膜1之多孔狀結構121的孔徑係介於0.01μm至5.0μm之間，且此多孔狀結構121的氣孔佔積率係介於20%至95%之間。聚四氟乙烯薄膜1的厚度係介於1μm至50μm之間，其材料係以延伸後的微孔聚四氟乙烯(expanded porous polytetrafluoroethylene)為佳。本實施例所述之聚四氟乙烯薄膜1的製作方式係將懸浮聚四氟乙烯樹脂或分散聚四氟乙烯樹脂與至少一種添加物混合均勻後，透過拉伸成型工法，進而形成由延伸後的微孔聚四氟乙烯為組成材料的聚四氟乙烯薄膜1。前述之添加物可以是二氧化鈦(TiO₂)、二氧化矽(SiO₂)、導電碳黑(Carbon black)、奈米 碳管(Nano carbon tube)、無機氧化物或有機氧化物等。當懸浮聚四氟乙烯樹脂或分散聚四氟乙烯樹脂與前述至少一種添加物混合均勻後，以模壓預成型後，依序經由推壓與壓延的步驟後，再依序經拉伸、熱定型處理與冷卻，最後形成以延伸後的微孔聚四氟乙烯為組成材料的聚四氟乙烯薄膜1。如此，本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1透過拉伸成型工法形成一具有多孔狀結構121的多孔層12，其中，氣孔佔積率介於20%至95%之間，由於多孔狀結構121的大量存在，明顯地降低了本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1的密度，意即提高了本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1的氣孔佔積率，據此，本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1因而具有新的性能，如柔軟性、多孔性、低密度與低介電常數。

本發明之聚合物駐電薄膜100具有一電極層2形成於聚四氟乙烯薄膜1之至少一個表面，其中，電極層2的厚度係介於0.1nm至300nm之間，較佳厚度為50nm至150nm。本發明形成電極層2於聚四氟乙烯薄膜1之表面的方法可以是物理汽相沈積(Physical Vapor Deposition,PVD)、蒸鍍、濺鍍、化學旋鍍、浸鍍或是其他半導體鍍膜法等。由於物理汽相沈積、蒸鍍、濺鍍、化學旋鍍或是浸鍍等技術之原理與作用皆屬習知技術，故於此不再多作說明。

本發明所述之電極層2可以是單一材料或是複合材料，其中的材料可以是金屬氧化物、金屬、金屬離子、無機氧化物、導電碳黑或奈米碳管等。其中的金屬氧化物可以是氧化銦錫(ITO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO₂)、氧化銦(InO₂)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化鎂鋅(MZO)、氧化鋅鎂鋁(AMZO)或是氧化鋅鎂鎵(GMZO)。其中的金屬或金屬離子可以是金、銀、銅、鋁、鉑或是鉻。

請參考第2圖，係根據本發明所提出之第一較佳實施例，為本發明對聚合物駐電薄膜進行充電之示意圖。本發明中，對聚四氟乙烯薄膜1進行充電以製成聚合物駐電薄膜100，其充電方式可以採用電暈充電、熱充電或 是電子束充電。應了解的是，由於電暈充電、熱充電或是電子束充電等技術之原理與作用皆屬習知技術，故於此不再多作說明。本發明以電暈充電對聚四氟乙烯薄膜1進行充電以製成聚合物駐電薄膜100為較佳，但不以此為限。

本發明將針電極4設置於聚四氟乙烯薄膜1之上，且針電極4與聚四氟乙烯薄膜1之間保留有一個預設間隙S1。在預設的第一溫度下，藉由一直流電源P1對聚四氟乙烯薄膜1施以一偏壓以進行電暈充電，且該電暈充電持續一段預設的第一時間。在對聚四氟乙烯薄膜1電暈充電持續一段預設的第一時間之後，接著，以預設的第二溫度對聚四氟乙烯薄膜1進行固化並持續一段預設的第二時間。據此，聚合物駐電薄膜100形成有表面電位，介於0.1V至1kV之間，且較佳值係介於100V至1kV。

上述的預設間隙S1係介於0.1mm至200mm之間，較佳值介於30mm至100mm。第一溫度係介於攝氏1度至40度，較佳值介於攝氏10度至30度。上述進行電暈充電的偏壓可以是正偏壓或是負偏壓，為正偏壓時，其範圍係介於0.1kV至1000kV，較佳值介於1kV至100kV。當上述的偏壓為負偏壓時，其範圍係介於-0.1kV至-1000kV，較佳值介於-1kV至-100kV。上述的第一時間係介於0.1秒至50秒，較佳值介於1秒至15秒。上述的第二溫度係介於攝氏31度至99度，較佳值介於攝氏70度至90度。上述的第二時間係介於0.5小時至20小時，較佳值介於5小時至10小時。

請參考第3圖，係根據本發明所提出之第二較佳實施例，為一種聚合物駐電薄膜之示意圖。聚合物駐電薄膜200包括有一聚四氟乙烯薄膜1與一電極層2。聚四氟乙烯薄膜1包含有一多孔層12與一高密度層3，其中，多孔層12的特徵與本發明第一較佳實施例所述相同，在此不再贅述。

相較於第一較佳實施例，第二較佳實施例更形成一高密度層3於多孔層12的一個表面，且電極層2形成於高密度層3之表面。其中，高密度層 3的表面粗糙度Ra係介於20nm至165nm之間，且此高密度層3與水的接觸角度係介於120度至135度之間。此外，高密度層3的厚度為聚四氟乙烯薄膜1的厚度的0.04%至40%之間。

本實施例所述之聚四氟乙烯薄膜1的製作方式大致類似於第一較佳實施例所述。但是要特別說明的是，本實施例中，聚四氟乙烯薄膜1的多孔層12與高密度層3係經先將一均質的具有多孔狀結構121的聚四氟乙烯薄膜1之其中一個表面加熱至熔點以上，接著在該聚四氟乙烯薄膜1的另一表面迅速降溫而製作而成。

關於本實施例中，聚四氟乙烯薄膜1利用電暈充電進行充電以形成具有表面電位的聚合物駐電薄膜200的特徵與第一較佳實施例所述相同，在此不再贅述。

請參考第4圖，係根據本發明所提出之第三較佳實施例，為一種聚合物駐電薄膜製作方法的步驟流程圖。首先請同時參考第1圖及第4圖，在步驟S41，取一聚四氟乙烯薄膜1，該聚四氟乙烯薄膜1包含有一多孔層12，多孔層12具有多孔狀結構121。其中，多孔狀結構121的孔徑係介於0.01μm至5.0μm之間，且此多孔狀結構121的氣孔佔積率係介於20%至95%之間。

本實施例中，聚四氟乙烯薄膜1的厚度係介於1μm至50μm之間，且其材料係為延伸後的微孔聚四氟乙烯為佳。本實施例所述之聚四氟乙烯薄膜1的製作方式係將懸浮聚四氟乙烯樹脂或分散聚四氟乙烯樹脂與至少一種添加物混合均勻後，透過拉伸成型工法，進而形成由延伸後的微孔聚四氟乙烯為組成材料的聚四氟乙烯薄膜1。前述之添加物可以是二氧化鈦(TiO₂)、二氧化矽(SiO₂)、導電碳黑(Carbon black)、奈米碳管(Nano carbon tube)、無機氧化物或有機氧化物等等。當懸浮聚四氟乙烯樹脂或分散聚四氟乙烯樹脂與前述至少一種添加物混合均勻後，以模壓預成型後，依序經由推壓與壓延的步驟後，再依序經拉伸、熱定型處理與冷卻，最後形成以 延伸後的微孔聚四氟乙烯為組成材料的聚四氟乙烯薄膜1。如此，本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1透過拉伸成型工法形成一具有多孔狀結構121的多孔層12，其中，氣孔佔積率介於20%至95%之間，由於多孔狀結構121的大量存在，明顯地降低了本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1的密度，意即提高了本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1的氣孔佔積率，據此，本發明所述之聚四氟乙烯薄膜1因而具有新的性能，如柔軟性、多孔性、低密度與低介電常數。

接著，在步驟S42，形成一電極層2於聚四氟乙烯薄膜1的至少一個表面，其中電極層2的厚度係介於0.1nm至300nm之間，較佳厚度為50nm至150nm。

步驟S42中，形成電極層2於聚四氟乙烯薄膜1之表面的方法可以是物理汽相沈積、蒸鍍、濺鍍、化學旋鍍、浸鍍或是其他半導體鍍膜法等。電極層2可以是單一材料或是複合材料，其中的材料可以是金屬氧化物、金屬、金屬離子、無機氧化物、導電碳黑或奈米碳管等。其中的金屬氧化物可以是氧化銦錫、氧化銻錫、氧化鋅、氧化錫、氧化銦、氧化銦鋅、氧化鋁鋅、氧化鋅鎵、氧化鎂鋅、氧化鋅鎂鋁或是氧化鋅鎂鎵。其中的金屬或金屬離子可以是金、銀、銅、鋁、鉑或是鉻。

接下來，在步驟S43，取一針電極4，將該針電極4設置於聚四氟乙烯薄膜1之上，且針電極4與聚四氟乙烯薄膜1之間維持一個預設間隙S1。在預設的第一溫度下，藉由一直流電源P1對聚四氟乙烯薄膜1施以一偏壓以進行電暈充電，且將電暈充電持續一段預設的第一時間。

接著，在步驟S44，以預設的第二溫度對聚四氟乙烯薄膜1進行固化並持續一段預設的第二時間。

藉此，形成一個聚合物駐電薄膜100，且聚合物駐電薄膜100具有表面電位，其中，表面電位的值係介於0.1V至1kV之間且該表面電位的較佳值係介於100V至1000V。

上述製作方法中的各項參數設定如下：預設間隙S1係介於0.1mm至200mm之間，較佳值係介於30mm至100mm；第一溫度係介於攝氏1度至40度，較佳值係介於攝氏10度至30度；電暈充電的偏壓可以是正偏壓或是負偏壓，為正偏壓時，正偏壓的範圍係介於0.1kV至1000kV，較佳範圍為1kV至100kV；當上述的偏壓為負偏壓時，負偏壓的範圍係介於-0.1kV至-1000kV，較佳範圍為-1kV至-100kV；第一時間係介於0.1秒至50秒，較佳值係介於1秒至15秒；第二時間係介於0.5小時至20小時，較佳值介於5小時至10小時；第二溫度係介於攝氏31度至99度，較佳值介於攝氏70度至90度。

請參考第5圖，係根據本發明所提出之第四較佳實施例，為一種聚合物駐電薄膜製作方法的步驟流程圖。首先請同時參考第3圖及第5圖，在步驟S51，取一聚四氟乙烯薄膜1，該聚四氟乙烯薄膜1包含有一多孔層12，多孔層12具有多孔狀結構121。其中，多孔狀結構121的孔徑係介於0.01μm至5.0μm之間，且此多孔狀結構121的氣孔佔積率係介於20%至95%之間。聚四氟乙烯薄膜1的厚度係介於1μm至50μm之間，且材料以延伸後的微孔聚四氟乙烯為佳。本實施例中所述之四氟乙烯薄膜1的製作方式相同於前述第三較佳實施例之步驟S41所述相同，在此不再贅述。

接著，在步驟S52，形成一高密度層3於多孔層12的一個表面，其中，高密度層3的表面粗糙度Ra係介於20nm至165nm之間，且此高密度層3與水的接觸角度係介於120度至135度之間。此外，高密度層3的厚度為聚四氟乙烯薄膜1的厚度的0.04%至40%之間。在步驟S52中，高密度層3的形成方式係經先將一均質的具有多孔狀結構121的聚四氟乙烯薄膜1之其中一個表面加熱至熔點以上，接著在該聚四氟乙烯薄膜1的另一表面 迅速降溫而製作而成。

接下來，在步驟S53，形成電極層2於高密度層3之表面。

接下來，在步驟S54，取一針電極4，將該針電極4設置於聚四氟乙烯薄膜1之上，且針電極4與聚四氟乙烯薄膜1之間維持一個預設間隙S1。在預設的第一溫度下，藉由一直流電源P1對聚四氟乙烯薄膜1施以一偏壓以進行電暈充電，且將電暈充電持續一段預設的第一時間。

接著，在步驟S55，以預設的第二溫度對聚四氟乙烯薄膜1進行固化並持續一段預設的第二時間。

藉此，形成一個聚合物駐電薄膜100，且聚合物駐電薄膜100具有表面電位，其中，表面電位的值係介於0.1V至1kV之間且該表面電位的較佳值係介於100V至1000V。

本實施例中的各項參數設定，如預設間隙S1、第一溫度、電暈充電的偏壓、第一時間、第二時間與第二溫度等，均相同於前述之第三較佳實施例，在此不再贅述。

為進一步說明本發明所提之聚合物駐電薄膜100大幅改善其表面電位衰減的情形，請參考下列三個實驗例：

實驗例一：請同時參考第6A圖與第6B圖，本實驗例中之聚合物駐電薄膜100係為本發明所提出之第一較佳實施例的聚合物駐電薄膜100。

其中，聚合物駐電薄膜100的聚四氟乙烯薄膜1其材料係為上述的第一較佳實施例的延伸後的微孔聚四氟乙烯。

此外，本實驗例亦使用聚四氟乙烯與聚全氟乙丙烯作為聚合物駐電薄膜100的聚四氟乙烯薄膜1的材料。

據此，本實驗例的聚合物駐電薄膜100共有三種，茲將其列舉如下：

1. 樣品A：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為延伸後的微孔聚四氟乙烯，厚度為15μm。

2. 樣品B：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為聚四氟乙烯，厚度為15μm

3. 樣品C：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為為聚全氟乙丙烯，厚度為12.5μm。

首先，分別取用樣品A、樣品B與樣品C。接下來，分別對樣品A、樣品B與樣品C進行電暈充電，其中，電暈充電條件為：預設間隙S1為50mm；第一溫度為攝氏25度；負偏壓為-14kV；第一時間為10秒；第二溫度為攝氏90度；第二時間為8小時。

本發明實驗例的聚合物駐電薄膜100駐電後為一半穩態極化的電介質，弛豫時間較長。當去掉外加電場(即本實驗例的負偏壓)時，聚合物駐電薄膜100的駐電量會逐漸減小，它的表面電荷量就會逐漸衰減。

實驗例一的結果如第6A圖與第6B圖所示，從第6A圖與第6B圖可以看出樣品A以電暈充電後，如此駐電而產生的表面電位(V)在第17天後，表面電位衰減了14.1%；樣品B的表面電位衰減了17.5%；然而，樣品C的表面電位衰減了53.2%。在駐電第55天後，樣品A的表面電位只衰減了21.4%；樣品B的表面電位衰減達到36.5%；然而，樣品C的表面電位則已經衰減了62.1%。從駐電第55天至第211天後這段期間，樣品A的駐電量已經趨於穩定，一直到駐電第211天後，樣品A的表面電位衰減了24.0%；從駐電第55天至第211天後這段期間，樣品B與樣品C的駐電量亦已經趨於穩定。與樣品A明顯不同的是，一直到駐電第211天後，樣品B的表面電位衰減達到48.4%；樣品C的表面電位則已經衰減了69.1%。

要特別說明的是，本發明的聚合物駐電薄膜100，意即樣品A，其聚四氟乙烯薄膜1的材料為延伸後的微孔聚四氟乙烯。延伸後的微孔聚四氟乙烯係經過透過拉伸成型工法，因而產生了許多的多孔狀結構121，因此透過內部含有多孔狀結構121增加了延伸後的微孔聚四氟乙烯大幅的表面積，如此，經本實驗例的高壓電暈充電後可保有一定電荷於其內，不但可提高聚合物駐電薄膜100的駐電荷量，並能長時間儲存。此外，延伸後的微孔 聚四氟乙烯這種材料經耐久性試驗，得知其表面電荷在駐電後第211天後，僅衰減了24.0%，意即以本發明的延伸後的微孔聚四氟乙烯作為聚合物駐電薄膜100的材料能提升其電壓持久性。

不同於延伸後的微孔聚四氟乙烯，當聚四氟乙烯薄膜1的材料為聚四氟乙烯，意即樣品B與聚全氟乙丙烯，意即樣品C。這二種薄膜並沒有產生多孔狀結構121，因而，對聚四氟乙烯膜與聚全氟乙丙烯膜而言，C-F強極性鍵是其電荷陷阱的唯一主要來源。

然而，在延伸後的微孔聚四氟乙烯材料中，除了C-F強極性鍵外，由於具有多孔狀結構121，因而使得豐富的空隙和微晶界面提供了更多的電荷陷阱，使其比聚四氟乙烯膜與聚全氟乙丙烯膜具有更好的電荷儲存能力。

承上所述，本實驗例的結果，反映了具有多孔狀結構121的延伸後的微孔聚四氟乙烯材料與聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯材料對正負電荷的捕獲能力不同，本實驗例以負偏壓進行電暈充電，以此呈現了更好的熱穩定性，而表面電位衰減程度的不同反映了不同材料內部駐極體電荷的存在形式和分佈的複雜性，同時，證明本發明的延伸後的微孔聚四氟乙烯材料使本發明的聚合物駐電薄膜100具有更好的電荷儲存能力。

實驗例二：請同時參考第7A圖與第7B圖，本實驗例的聚合物駐電薄膜100共有三種，茲將其列舉如下：

1. 樣品D：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為延伸後的微孔聚四氟乙烯，厚度為25μm。

2. 樣品E：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為聚四氟乙烯，厚度為25μm

3. 樣品F：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為為聚全氟乙丙烯，厚度為25μm。

首先，分別取用樣品D、樣品E與樣品F。接下來，分別對樣品D、樣品E與樣品F進行電暈充電，其中，電暈充電條件為：預設間隙S1為50mm；第一溫度為攝氏25度；負偏壓為-14kV；第一時間為10秒；第二溫度為攝氏90度；第二時間為8小時。

實驗例二的結果如第7A圖與第7B圖所示，從第7A圖與第7B圖可以看出樣品D以電暈充電後，如此駐電而產生的表面電位(V)在第17天後，表面電位衰減了13.6%；然而，樣品E的表面電位衰減了54.5%；樣品F的表面電位衰減了68.0%。在駐電第55天後，樣品D的表面電位只衰減了19.7%；然而，樣品E的表面電位衰減達到59.8%；樣品F的表面電位則已經衰減了68.2%。從駐電第55天至第211天後這段期間，樣品D的駐電量已經趨於穩定，一直到駐電第211天後，樣品D的表面電位衰減了20.3%；從駐電第55天至第211天後這段期間，樣品E與樣品F的駐電量亦已經趨於穩定。與樣品D明顯不同的是，一直到駐電第211天後，樣品E的表面電位衰減達到66.8%；樣品F的表面電位則已經衰減了70.8%。

本實驗例的結果，與實驗例一相似，反映了具有多孔狀結構121的延伸後的微孔聚四氟乙烯材料與聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯材料對正負電荷的捕獲能力不同，本實驗例以負偏壓進行電暈充電，以此呈現了更好的熱穩定性，而表面電位衰減程度的不同反映了不同材料內部駐極體電荷的存在形式和分佈的複雜性，同時，證明本發明的延伸後的微孔聚四氟乙烯材料使本發明的聚合物駐電薄膜100具有更好的電荷儲存能力。

實驗例三：請同時參考第8A圖與第8B圖，本實驗例的聚合物駐電薄膜100共有二種，茲將其列舉如下：

1. 樣品A：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為延伸後的微孔聚四氟乙烯，厚度為15μm。

2. 樣品G：聚四氟乙烯薄膜1的材料係為延伸後的微孔聚四氟乙烯，厚度為10μm。

首先，分別取用樣品A與樣品G。接下來，分別對樣品A與樣品G進行電暈充電，其中，電暈充電條件為：預設間隙S1為50mm；第一溫度為攝氏25度；負偏壓為-14kV；第一時間為10秒；第二溫度為攝氏90度； 第二時間為8小時。

實驗例三的結果如第8A圖與第8B圖所示，從第8A圖與第8B圖可以看出樣品A以電暈充電後，如此駐電而產生的表面電位(V)在第17天後，表面電位衰減了14.1%；樣品G的表面電位衰減了22.5%。在駐電第55天後，樣品A的表面電位只衰減了17.0%；樣品G的表面電位衰減達到53.7%。從駐電第55天至第211天後這段期間，樣品A的駐電量已經趨於穩定，一直到駐電第211天後，樣品A的表面電位衰減了24.0%；從駐電第55天至第211天後這段期間，樣品G駐電量亦已經趨於穩定。與樣品A明顯不同的是，一直到駐電第211天後，樣品G的表面電位衰減達到58.0%。

要特別說明的是，本實驗例的聚合物駐電薄膜100，意即樣品A與樣品G，其聚四氟乙烯薄膜1的材料均為延伸後的微孔聚四氟乙烯。然而，樣品A與樣品G的差異在於樣品A的厚度為15μm，而樣品G的厚度為10μm。透過拉伸成型工法產生的延伸後的微孔聚四氟乙烯，其所產生的多孔狀結構121係以氣孔佔積率來表示其多孔狀結構121分佈的密度。在本實驗例中，樣品A，厚度為15μm，其氣孔佔積率為85%；而樣品G，厚度為10μm，其氣孔佔積率為50%。

本實驗例的結果，反映了以延伸後的微孔聚四氟乙烯為材料之不同厚度的聚四氟乙烯薄膜1，其在拉伸成型時，會影響其氣孔佔積率。本實驗例亦反應出，較多的氣孔佔積率增加了以延伸後的微孔聚四氟乙烯膜為材料的聚四氟乙烯薄膜1的表面積，因而使駐電荷量提高。

綜上所述，本發明提供一種聚合物駐電薄膜100及其製作方法，此聚合物駐電薄膜100及其製作方法能大幅改善駐極體的駐電量衰減情形。因此，本發明的聚合物駐電薄膜100可利用振動或壓縮使機械能轉為聲能或電能，而應用於壓電產生器(Piezoelectrical generator)、超薄型音響(Super Slim Loud Speaker,SSLS)、音響帽(Cap speaker)及相關聲學材料。此外，本發明的聚合物駐電薄膜100亦可被應用於運動器材、聲、光、醫療、電以及生 物醫學等產業。

以上所述僅為本發明較佳實施例而已，並非用以限定本發明申請專利權利；同時以上的描述對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭與實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍。

100‧‧‧聚合物駐電薄膜

1‧‧‧聚四氟乙烯薄膜

12‧‧‧多孔層

121‧‧‧多孔狀結構

2‧‧‧電極層

3‧‧‧高密度層

4‧‧‧針電極

S1‧‧‧間隙

P1‧‧‧直流電源

第1圖，為本發明第一較佳實施例的示意圖。

第2圖，為本發明第一較佳實施例之另一示意圖。

第3圖，為本發明第二較佳實施例的示意圖。

第4圖，為本發明第三較佳實施例，為一種聚合物駐電薄膜製作方法之步驟流程圖。

第5圖，為本發明第四較佳實施例，為一種聚合物駐電薄膜製作方法之步驟流程圖。

第6A圖，係根據本發明第一較佳實施例所提出之實驗例一，為聚合物駐電薄膜之表面電位衰減圖。

第6B圖，係根據本發明第一較佳實施例所提出之實驗例一，為聚合物駐電薄膜之表面電位衰減圖。

第7A圖，係根據本發明第一較佳實施例所提出之實驗例二，為聚合物駐電薄膜之表面電位衰減圖。

第7B圖，係根據本發明第一較佳實施例所提出之實驗例二，為聚合物駐電薄膜之表面電位衰減圖。

第8A圖，係根據本發明第一較佳實施例所提出之實驗例三，為聚合物駐電薄膜之表面電位衰減圖。

第8B圖，係根據本發明第一較佳實施例所提出之實驗例三，為聚合物 駐電薄膜之表面電位衰減圖。

100‧‧‧聚合物駐電薄膜

1‧‧‧聚四氟乙烯薄膜

12‧‧‧多孔層

121‧‧‧多孔狀結構

2‧‧‧電極層

4‧‧‧針電極

S1‧‧‧間隙

P1‧‧‧直流電源

Claims (10)

1. 一種聚合物駐電薄膜，包括一聚四氟乙烯薄膜與一電極層，其特徵在於：該聚四氟乙烯薄膜的組成材料為延伸後的微孔聚四氟乙烯，該聚四氟乙烯薄膜包含有一多孔層與一高密度層，其中，該多孔層具有多孔狀結構，孔徑介於0.01μm至5.0μm之間，氣孔佔積率介於20%至95%之間，該高密度層形成於該多孔層的一個表面，與水的接觸角度介於120度至135度之間，該高密度層的厚度為該聚四氟乙烯薄膜的厚度的0.04%至40%，該聚四氟乙烯薄膜厚度介於1μm至50μm之間，且該聚合物駐電薄膜具有一表面電位介於0.1V至1kV之間；以及該電極層形成於該高密度層之表面，且該電極層的厚度介於0.1nm至300nm之間。
2. 依據申請專利範圍第1項之聚合物駐電薄膜，其中該電極層的較佳厚度為50nm至150nm。
3. 依據申請專利範圍第1項之聚合物駐電薄膜，其中該表面電位較佳值介於100V至1000V。
4. 依據申請專利範圍第1項之聚合物駐電薄膜，其中該聚合物駐電薄膜的表面電位係在預設的第一溫度下，以一針電極設置於該聚四氟乙烯薄膜之上，並與該聚四氟乙烯薄膜之間保留一個預設間隙，藉由一直流電源施以一偏壓對該聚四氟乙烯薄膜進行電暈充電而成，該第一溫度介於攝氏1度至40度，該預設間隙介於0.1mm至200mm之間，該第一溫度的較佳值介於攝氏10度至30度，且該電暈充電持續一段預設的第一時間，該第一時間介於0.1秒至50秒。
5. 依據申請專利範圍第4項之聚合物駐電薄膜，其中該第一時間之後，以預設的第二溫度對該聚四氟乙烯薄膜進行固化並持續一段預設的第二時間，其中該第二時間介於0.5小時至20小時，該第二溫度介於攝氏31度至99度。
6. 依據申請專利範圍第1項之聚合物駐電薄膜，其中該高密度層的表面 粗糙度Ra介於20nm至165mm之間。
7. 依據申請專利範圍第1項之聚合物駐電薄膜，其中該聚四氟乙烯薄膜的多孔層與高密度層係經先將一均質的具有多孔狀結構的聚四氟乙烯薄膜之其中一個表面加熱至熔點以上，接著在該聚四氟乙烯薄膜的另一個表面迅速降溫而製作而成。
8. 一種聚合物駐電薄膜製作方法，包括：提供一聚四氟乙烯薄膜，該聚四氟乙烯薄膜的組成材料為延伸後的微孔聚四氟乙烯，該聚四氟乙烯薄膜包含有一多孔層與一高密度層，其中，該多孔層具有多孔狀結構，孔徑介於0.01μm至5.0μm之間，氣孔佔積率介於20%至95%之間，該高密度層形成於該多孔層的一個表面，與水的接觸角度介於120度至135度之間，該高密度層的厚度為該聚四氟乙烯薄膜的厚度的0.04%至40%；形成一電極層於該高密度層之表面，其中該電極層的厚度介於0.1nm至300nm之間；提供一針電極，在預設的第一溫度下，以該針電極設置於該聚四氟乙烯薄膜之上，並與該聚四氟乙烯薄膜之間保留一個預設間隙，藉由一直流電源施以一偏壓對該聚四氟乙烯薄膜進行電暈充電，並持續一段預設的第一時間，該第一溫度介於攝氏1度至40度，該預設間隙介於0.1mm至200mm之間；以及以預設的第二溫度對該聚四氟乙烯薄膜進行固化並持續一段預設的第二時間，其中該第二時間介於0.5小時至20小時，該第二溫度介於攝氏31度至99度。
9. 依據申請專利範圍第8項之聚合物駐電薄膜製作方法，其中該高密度層的表面粗糙度Ra介於20nm至165nm之間。
10. 依據申請專利範圍第8項之聚合物駐電薄膜製作方法，其中該聚四氟乙烯薄膜的多孔層與高密度層係經先將一均質的具有多孔狀結構的聚 四氟乙烯薄膜之其中一個表面加熱至熔點以上，接著在該聚四氟乙烯薄膜的另一個表面迅速降溫而製作而成。