TWI521754B - 鐵電駐極體多層複合物及製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法 - Google Patents

鐵電駐極體多層複合物及製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI521754B
TWI521754B TW098142396A TW98142396A TWI521754B TW I521754 B TWI521754 B TW I521754B TW 098142396 A TW098142396 A TW 098142396A TW 98142396 A TW98142396 A TW 98142396A TW I521754 B TWI521754 B TW I521754B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
mask
film
multilayer composite
polymer
ferroelectric electret
Prior art date
Application number
TW098142396A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201034268A (en
Inventor
華納 甄妮葛
約其姆 萬爾
雷穆得 葛哈德
儒亞伯特 阿塔菲姆
華納 沃吉司
Original Assignee
拜耳材料科學股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 拜耳材料科學股份有限公司 filed Critical 拜耳材料科學股份有限公司
Publication of TW201034268A publication Critical patent/TW201034268A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI521754B publication Critical patent/TWI521754B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/18—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by an internal layer formed of separate pieces of material which are juxtaposed side-by-side
    • B32B3/20—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by an internal layer formed of separate pieces of material which are juxtaposed side-by-side of hollow pieces, e.g. tubes; of pieces with channels or cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/20—Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using fillers, pigments, thixotroping agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/281—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyimides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/308—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B32B27/322—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins comprising halogenated polyolefins, e.g. PTFE
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B32B27/325—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins comprising polycycloolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B32B27/365—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters comprising polycarbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098—Forming organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/24—All layers being polymeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/10—Coating on the layer surface on synthetic resin layer or on natural or synthetic rubber layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B32B2255/205—Metallic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B32B2307/734—Dimensional stability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2439/00—Containers; Receptacles
    • B32B2439/70—Food packaging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2535/00—Medical equipment, e.g. bandage, prostheses or catheter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1002—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina
    • Y10T156/1007—Running or continuous length work
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24744—Longitudinal or transverse tubular cavity or cell

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

鐵電駐極體多層複合物及製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法
本發明係關於鐵電駐極體多層複合物及製造具有管狀通道(尤其是相互平行之管狀通道)之鐵電駐極體多層複合物的方法。
由於聚合物與聚合物複合材料可被特定調整的優異特性，如低重量、熱導性、機械形變能力、電性與阻障特性，所以被用於眾多的商業應用中。例如，其被用來作為食品或其他商品的包裝材料以及作為建築或絕緣材料，如用於建物領域或汽車的製造中。然而，在感應器或致動器應用中作為主動元件的功能性聚合物變得越來越重要。在此領域中的一個重要應用概念係關於聚合物作為機電或壓電轉換器的用途。壓電材料能夠將機械壓力以線性方式轉換為電壓訊號。相反地，施加至壓電材料上的電場能被轉換為轉換器幾何形狀的改變。在眾多的應用中，壓電聚合物已被整合為主動元件；例如，這些包含了鍵盤或觸控式面板的觸壓(textured pressure)感應器、加速感應器、麥克風、擴音器、用於醫學技術、海事技術應用中或材料測試的超音波轉換器。例如在WO 2006/053528 A1中，敘述了基於以聚合物薄膜所製成之壓電元件的電聲轉換器。
在過去幾年間對於一種新類型的壓電聚合物有益增的研究興趣，即所謂的鐵電駐極體。鐵電駐極體亦被稱為壓電駐極體。鐵電駐極體係由可長期儲存電荷的聚合物材料所構成且額外呈現出孔洞結構。目前已知的鐵電駐極體具有巢狀的孔洞結構，且係以延展性聚合物薄膜或以聚合物薄膜或聚合物織物所製成的多層系統的形式所建構。若電荷係根據極性而分佈於孔洞的不同表面上，則每一帶電的孔洞皆可代表一電偶極。若孔洞現在變形，此會使得偶極值改變並引起外部電極間的電流。鐵電駐極體顯示壓電活性可媲美於其他壓電元件。
在US 4,654,546中，敘述了一種作為鐵電駐極體薄膜之前驅物的延展性聚丙烯薄膜的製造方法。在此方法中，填充粒子被添加至聚合物薄膜中，例如，使用二氧化鈦作為填充物。在擠出後，聚丙烯薄膜係呈雙軸定向以致於細小孔洞係形成在填充粒子周圍的薄膜中。同時，此方法亦可應用於其他聚合物。因此，例如在M. Wegener,M. Paajanen,O. Voronina,R. Schulze,W. Wirges and R. Gerhard-Multhaupt“Voided cyclo-olefin polymer films: Ferroelectrets with high thermal stability”,Proceedings,12th international Symposium on Electrets(IEEE Service Center,Piscataway,New Jersey,USA 2005),47-50(2005) and Eetta Saarimki,Mika Paajanen,Ann-Mari Savijrvi,and Hannu Minkkiene,MichaelWegener,Olena Voronina,Robert Schulze,Werner Wirges and Reimund Gerhard-Multhaupt“Novel Heat Durable Electromechanical Film: Processing for Electromechanical and Electret Applications”,IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 13,963-972(October 2006)中敘述了自環烯烴共聚物(COC)與環烯烴聚合物(COP)製造鐵電駐極體的方法。延展性聚合物薄膜具有缺點：可能會產生尺寸範圍廣泛的泡泡。因此，在接續的充電步驟中可能並非是所有的泡泡皆能被平均地充電。此外，當在連續的捲繞製程中製造延展的聚合物薄膜時，由於捲繞製程無法自行產生具有最佳尺寸的泡泡，因此通常需要加入額外的製程步驟以使泡泡尺寸最佳化。
延展的鐵電駐極體聚合物薄膜的另一種製造方法為利用超臨界流體(如利用二氧化碳)使均質薄膜直接物理性發泡。在Advanced Functional Materials 17,324-329(2007),Werner Wirges,Michael Wegener,Olena Voronina,Larissa Zirkel and Reimund Gerhard-Multhaupt “Optimized preparation of elastically soft,highly piezoelectric,cellular ferroelectrets from nonvoided poly(ethylene terephthalate) films”,and in Applied Physics Letters 90,192908(2007),P. Fang,M. Wegener,W. Wirges and R. Gerhard L. Zirkel“Cellular polyethylene-naphthalate ferroelectrets: Foaming in supercritical carbon dioxide,structural and electrical preparation,and resulting piezoelectricity”中敘述了此方法係利用聚酯材料，且在Applied Physics A: Materials Science ＆ Processing 90,615-618(2008),O. Voronina,M. Wegner,W. Wirges,R. Gerhard,L. Zirkel and H. Mnstedt “Physical foaming of fluorinated ethylene-propylene(FEP) copolymers in supercritical carbon dioxide: single film fluoropolymer piezoelectrets”中針對氟化聚合物FEP(氟化的乙烯-丙烯共聚物)進行敘述。到目前為止，亦無法在捲繞製程中進行利用超臨界二氧化碳的發泡方法，這代表此方法極不利於工業應用。
在鐵電駐極體多層系統中，尤其在剛性與撓性膜層間導入了電荷的配置是已知的。在“Double-layer electret transducer”,Journal of Electrostatics,vol. 39,pp. 33-40,1997,R. Kacprzyk,A. Dobrucki and J. B. Gajewski中敘述了具有極不同之彈性模數的多層固態材料。其具有缺點：此疊合系統僅表現出極小的壓電效應。
在鐵電駐極體領域中的最新發展提供了結構化的聚合物膜層。在過去數年間的一些文獻公開了包含密閉外層與多孔性或穿孔性中間層之多層系統。此些文獻包含下列者：Z. Hu and H. von Seggern,“Air-breakdown charging mechanism of fibrous polytetrafluoroethylene films”,Journal of Applied Physics,vol. 98,paper 014108,2005 and“Breakdown-induced polarization buildup in porous fluoropolymer sandwiches: A thermally stable piezoelectret”,Journal of Applied Physics,Vol. 99,paper 024102,2006及H.C. Basso,R.A.P. Altafilm,R.A.C.Altafilm,A. Mellinger,Peng Fang,W. Wirges and R. Gernard“Three-layer ferroelectrets from perforated Teflon-PTFE films fused between two homogeneous Teflon-FEP films”IEEE,2007 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena,1-4244-1482-2/07,453-456(2007)及Jinfeng Huang,Xiaoqing Zhang,Zhongfu Xia and Xuewen Wang “Piezoelectrets from laminated sandwiches of porous polytetrafluoroethylene films and nonporous fluoroethylenepropylene films”Journal of Applied Physics,Vol. 103,paper 084111,2008。相較於上述的系統，具有多孔性或穿孔性中間層之疊層系統具有比上述系統更佳的壓電常數。然而，有時無法可靠地將中間層與實心外層疊合，而且中間層的穿孔通常極耗時。
在下列文獻中敘述了將金屬晶格疊壓至聚合物膜層的疊層結構上以使聚合物層織構化，其中該聚合物膜層的疊層結構係由至少三FEP與PTFE層以交錯順序彼此交疊所構成：X. Zhang,J. Hillenbrand and G. M.Sessler,“Thermally stable fluorocarbon ferroelectrets with high piezoelectric coefficient”,Applied Physics A,vol. 84,pp. 139-142,2006及“Ferroelectrets with improved thermal stability made from fused fluorocarbon layers”,Journal of Applied Physics,vol. 101,paper 054114,2007及Xiaoqing Zhang,Jinfeng Huang and Zhongfu Xia“Piezoelectric activity and thermal stability of cellular fluorocarbon films”PHYSICA SCRIPTA vol. T129 pp. 274-277,2007。藉著在高於FEP熔點並低於PTFE熔點的溫度下經由晶格將各層疊壓在一起，該等聚合物層被黏合在一起且對應特定的晶格結構，使得圓頂形或泡泡形孔洞與矩形基座一起形成於晶格的格條(bar)之間。然而，由於難以控制均勻孔洞的形成，尤其是當層數增加時更是困難，故此方法會導致品質變異的鐵電駐極體。
利用晶格來製造泡泡形孔洞的另一種方法係敘述於：R.A.C. Altafilm,H. C. Basso,R. A. P. Altafilm,L. Lima,C. V. De Aquino,L. Gonalves Neto and R. Gernard-Multhaupt in“Piezoelectrets from thermo-formed bubble structures of fluoropolymer-electret films”,IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,vol. 13,No. 5,pp. 979-985,2006。在此方法中，上下配置的二Teflon-FEP薄膜被放置於金屬晶格與上圓柱金屬部件之間，此結構係連同金屬晶格一起壓迫至具有開口以用於真空應用的下圓柱金屬部件上，該FEP薄膜經過上金屬部件而被加熱，藉由施加至下金屬部件的真空，能將下薄膜吸引至晶格開口中並形成相應的孔洞。在所描述之利用晶格在多層聚合物複合物中形成孔洞的方法極為昂貴且難以大量生產。
鐵電駐極體持續地為商業應用如感應器與致動器系統的注意焦點。為了符合經濟效益，最重要的是其能夠以工業級的方法來加以製造。
因此，本發明的目的為提供一種替代性的鐵電駐極體多層複合物及一種鐵電駐極體多層複合物的替代性製造方法，利用此方法能製造出被界定之的鐵電駐極體孔洞，且此方法能夠簡單與便宜地被實施，即便是大量工業規模方式施行。
本發明的目的係以下列方式達成：根據申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物，以及根據申請專利範圍第7項之製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體的方法。
根據本發明，係提供一種鐵電駐極體的多層複合物，其包含上下交疊且黏合在一起的至少二聚合物薄膜，其中於聚合物薄膜之間形成孔洞且該等孔洞係呈管狀通道的形式。較佳的是該管狀通道係相互平行。
換言之，根據本發明之多層複合物具有聚合物薄膜的疊層，且在介於每兩層聚合物薄膜之間作為孔洞的延伸管道(尤其較佳的是呈平行線)。該等聚合物薄膜在通道間被黏合在一起，且在每一非黏合區域中皆形成了管狀通道壁。在製造容許的範圍內，尤其在平行定向方面上至10%的偏差亦是可能的。根據本發明形成於兩相同聚合物薄膜層間的該等平行通道，在本發明中亦被稱為一層通道。
在本發明的較佳實施例中，通道在其端部可為開放式或在一端或兩端為封閉式。通道亦可被計設為(如以週期性或甚至是非規則性間隔方式配置)使得相鄰的通道為開放式與封閉式。
該等封閉通道具有與環境密封隔絕的優點。因此，即便是在嚴苛的環境下如具有高濕度環境或水中環境之應用中，其可被用來密封(seal)通道，即密閉(closed)通道。
在本發明的另一較佳實施例中，封密的通道可填充氣體，例如，此氣體可為純氮氣(N2)、氧化氮(N2O)或六氟化硫(SF6)。由於填充了氣體，因此可再次有利地在本發明的鐵電駐極體多層複合物中得到大幅較高的壓電常數。
理論上，在此情況下的聚合物薄膜能夠由任何允許聚合物薄膜間黏合且在該等薄膜間形成通道的任何塑膠材料所構成。在根據本發明的一較佳實施例中，聚合物薄膜能由選擇自下列族群的相同或相異聚合物材料所構成：聚碳酸酯、過氟化或部分氟化的聚合物與共聚物、聚酯、環烯烴聚合物、環烯烴共聚物、聚亞醯胺、聚甲基丙烯酸甲酯與聚丙烯或聚合物的混合物。故使用這些材料可達到良好或非常好的壓電活性。有利的是，根據本發明的廣泛材料選擇亦可使其可以適用於特定的應用。
聚合物薄膜可較佳地具有μm至μm的厚度。在本發明之鐵電駐極體多層複合物中各種聚合物薄膜的厚度可選擇為相同或不同。能有利地選擇聚合物薄膜特別適合的厚度作為聚合物材料的函數且考慮期望的應用。重要的是，管狀通道不會倒塌成孔洞。因此，相較於較彈性的聚合物材料而言，愈剛性的材料能具有愈薄的結構。
能將聚合物薄膜設計為薄膜薄片，或尤其考慮到大規模製造，有利的是，也可將聚合物薄膜設計為彼此上下交疊並黏合在一起形成管狀通道的薄膜網。例如，在此情況下的薄膜薄片具有矩形或規則或不規則多角形形狀或圓形，例如環形、橢圓形或卵形基座，彼此上下交疊設置的薄膜有用地具有相同的基座，至少在其彼此上下交疊的區域中。理論上，該基座也可針對特定的應用而改變。
在根據本發明之鐵電駐極體多層複合物的一較佳實施例中，能使三或更多層聚合物薄膜彼此上下交疊設置並黏合在一起，在此情形中，在聚合物薄膜之間較佳的是相互平行的通道能在彼此上下設置的複數層通道中能相互平行或垂直。換言之，在此類多層複合物的想像俯視圖中亦可了解呈連續性層狀排列之平行通道的類晶格(lattice-like)排列。根據本發明，以晶格方式排列的通道不僅能夠彼此呈直角，還能彼此呈其他角度，此亦包含於本發明中。若通道在連續性的層狀結構中定向為相互平行，則其能直接彼此上下交疊或彼此交錯。在連續的複數層狀結構中通道相互平行時，由於交錯配置能使壓電效應更均勻且使鐵電駐極體多層複合物的表面加工(surface texturing)最少化，因此採用交錯配置是較佳的。有利地，三或更多層聚合物薄膜與對應的複數層管狀通道的本發明實施型態(variant)能提供於鐵電駐極體多層複合物中，能設計為比僅具有兩層聚合物薄膜時更有彈性，且由於額外存在的孔洞能增加複合物的敏感度，因此增加d33壓電常數。
在根據本發明之鐵電駐極體多層複合物的一較佳實施例中，通道可具有μm至μm的高度。此高度尤其代表剖面中管狀通道的最大高度。
例如在通道具有實質上矩形配置的情況下，沿著通道寬度的高度維持固定，或者高度可自側壁向中央增加。尤其較佳的，通道可具有μm至μm的高度，尤其最佳的是具有μm至μm的高度。
該等管狀通道具有相同或相異的尺寸。例如，根據本發明可提供寬窄交替的通道。這種通道配置能有利地被運用在如複合物被彎折的應用中，例如被引導或準備形成圓柱形以及使用時。亦可在根據本發明所備製的鐵電駐極體多層複合物中提供複數部分區域而每一部分區域皆具有窄及/或寬的通道。此使得特定區域中的靈敏度能相應調整。可有利地使用此配置的應用的一範例為，在觸控面板上的特定區域中調整壓力靈敏度。
在不同的實施例中，該等通道具有實質上矩形或實質上圓形的剖面。實質上圓形的剖面意指圓形、橢圓形或卵形。然而可使用類透鏡或類杏仁狀。上述的剖面形狀有利於輕易製造。然而理論上，根據本發明亦可使用其他規則與不規則的通道剖面形狀。
在一較佳實施例中，根據本發明之鐵電駐極體多層複合物在聚合物薄膜的外表面上具有至少部分導電的塗層，該些導電區域能被用來作為電極。該導電塗層(即電極)可施加為平坦狀或織構狀(textured)。織構狀的導電塗層例如可具有如條狀或晶格狀施加的形式。因此，可能額外影響鐵電駐極體多層複合物的靈敏度，並可能使其適應特定的應用，例如，若藉由增加具有管狀通道之聚合物薄膜的層數亦無法再增加壓電效應時，則可有利地使用此實施型態。
本發明亦包含具有相同極性之導電層(即電極)黏合在一起的二或更多鐵電駐極體多層複合物。換言之，中間電極形成於本發明之兩鐵電駐極體複合物間，其可被連接(connect)而與外表面上的兩電極相對。因此，該等鐵電駐極體多層複合物可以串連方式連接，且能提高壓電效應至兩倍或複數倍。
本發明亦關於製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法。在根據本發明的製造方法中，係提供下列步驟以實現上述方法：
a)　提供包含第一聚合物薄膜、第二聚合物薄膜與夾置其中之遮罩層的堆疊膜層，該遮罩具有一或多個脊部，其係形成在該堆疊膜層內，藉由溝槽彼此分隔，尤其是平行脊部，該等脊部並未接合(bond)或在至少一端處以可分離的方式接合，且該遮罩自該堆疊膜層的一或兩端處突伸，
b)　疊合在步驟a)中所製造之堆疊膜層並接合該等聚合物薄膜以形成聚合物薄膜複合物，
c)　選擇性地在一端處分離該遮罩的該脊部，
d)　藉著將該遮罩拉出該聚合物薄膜複合物而自該聚合物薄膜複合物移除該遮罩，
e)　利用相反的電荷對步驟d)中所開啟的管狀通道的內表面進行充電。
利用根據本發明的方法可以簡易的方式製造出具有所界定之平行管狀通道的鐵電駐極體多層系統。藉著使用遮罩，可極容易且精準地控制管狀通道的結構與形狀。因此根據本發明可製造出均勻的通道，故可避免如在延展鐵電駐極體薄膜中因非均勻泡泡所產生的不同頻率共振。利用根據本發明的程序，可額外地能夠使頻率共振及壓電活性，且特別是壓電d33常數適應特別的應用。有利的是可利用根據本發明所製造的鐵電駐極體多層複合物系統(甚至是在較大的面積上)可達到高且均勻的壓電係數，此開啟了此些鐵電駐極體多層複合物產品的許多其他用途。額外的優點為，根據本發明提供之方法極不依賴材料，理論上，聚合物薄膜可由能夠被疊合的任何聚合物材料所製成。此些材料的範例為聚碳酸酯、過氟化或部分氟化的聚合物[如聚四氟乙烯薄膜(PTFE)、全氟乙丙烯(FEP)、全氟氧烷基乙烯(PFA)]、聚丙烯、聚酯[如聚對苯二甲酸二乙酯(PET)或聚鄰苯二甲酸酯(PEN)]、環烯烴聚合物、環烯烴共聚物、聚亞醯胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚合物混合物。
在針對每一情況所選擇的操作條件下，選擇不與聚合物薄膜材料接合的材料並自其有用地製成該遮罩。
在本發明之方法的最簡易實施例中，該遮罩為聚合物薄膜薄片，例如由聚四氟乙烯(PTFE)所製成者，在其中切割出或壓印(stamp)出平行、延伸、矩形的溝槽以形成平行薄膜條型的脊部，此些脊部在該遮罩之聚合物薄膜的兩端處連結(join)在一起。這具有下列優點：該等脊部在兩端處固定，因此在手動處理與方法進行期間不會滑動或形變；接著將該遮罩插入至上下交疊放置之兩聚合物薄膜薄片之間，例如全氟乙丙烯(PET)，該遮罩的端部自形成的堆疊膜層突伸而出，之後在適當的升高溫度下疊合該堆疊膜層。在此操作期間，在遮罩之溝槽中的FEP聚合物薄膜會接合在一起並描繪出脊部的形狀。在一端處能使脊部彼此分離，俾使遮罩具有像梳子的形狀，並可藉著拉扯遮罩的另一端而自聚合物薄膜複合物輕易地移除遮罩，但脊部仍處於接合狀態。獲得由具有平行管狀通道之二聚合物薄膜所構成的聚合物薄膜複合物，該等通道係自聚合物薄膜複合物的一側延伸至相反側。
根據本發明，能藉著拉扯(pull)與移動遮罩本身或拉扯聚合物複合物來進行步驟d)中的遮罩移除動作。在步驟d)中亦可藉著同時移動聚合物複合物及拉扯遮罩來開啟通道。
根據本發明的通道寬度與高度係藉由遮罩的脊部寬度與高度來界定。此亦可應用至通道的剖面幾何圖案，其係由脊部的剖面形狀所決定。在遮罩中的溝槽寬度對應於所產生之聚合物薄膜複合物中的通道間距。
在根據本發明之方法的較佳實施型態中，在步驟e)中對通道的表面充電之前及/或之後，將電極施加至聚合物複合物的外表面，將電極施加至外表面上係指在聚合物複合物的外表面的至少部分區域中備製導電表面塗層。所選的該等電極材料為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知的導電材料。根據本發明，例如金屬、金屬合金、導電寡聚合物或聚合物，如聚噻吩(polythiophenes)、聚苯胺、聚咇咯(polypyrroles)、導電氧化物(如ITO之混合氧化物或填充有導電填充物的聚合物皆適用於此目的。填充有導電填充物的聚合物的適合填充物例如為金屬、導電之碳基材料如碳黑、奈米碳管(CNT)或導電寡聚合物或聚合物。在此情況下之聚合物中的填充物含量係高於展透閥值(percolation threshold)，故導電填充物形成連續性的導電路徑。
該等電極能藉由已知的方法所形成，就其本身而論，例如金屬化表面、濺鍍、真空沈積、化學氣相沈積(CVD)、印刷、刮塗(knife application)、旋塗(spin coating)、黏著接合或壓製於已成形的導電層上或藉著噴塗由導電塑膠所製成的電極。在此情況下能織構化該等電極，例如設計為條型或晶格形狀。
根據本發明之鐵電駐極體多層複合物，較佳的是包含兩電極。根據本發明之具有多於兩個電極的壓電轉換器例如可為複數鐵電駐極體多層複合物的堆疊結構。
就通道之內表面的充電與極化而言，最好有已知且已建立的方法做為手段。因此，在施加電極至鐵電駐極體多層複合物的外表面後，能藉著施加電壓而直接充電。在施加電極前，可藉由電暈放電的方式極化孔洞(即通道)的對向側。電暈處理亦有利於在大規模(large-scale)製程時使用。根據本發明，亦可先在一表面上提供一導電表面塗層，接著對聚合物複合物進行充電，最後在對向的外表面上施加第二電極。
本發明的一優異實施例在步驟a)時提供一堆疊膜層，其包含一或多額外的聚合物薄膜及一或多遮罩層，堆疊膜層的外表面層總是由聚合物薄膜所形成。有利地，根據本發明，甚至在有相當多的聚合物薄膜與遮罩層的情形下，皆能形成均勻通道。
另一較佳實施例在此情況下於堆疊膜層中提供以交替順序設置的額外聚合物薄膜層與遮罩層。在此方式下，由於更多具有複數層平行管狀通道的層狀結構，可有利地提供可展現出更大壓電效應(d33)的鐵電駐極體多層複合物。
在此情況下在不同連續性層狀結構(plies)中的通道係相互平行或垂直配置。因此在此方法的優異發展中，該等遮罩中的脊部能夠在連續層中定向為相互平行或垂直。根據本發明，該等通道不僅能以相互呈直角的晶格配置來設置，亦可以相互呈其他角度的方式配置。因此本發明亦包含脊部不僅以相互呈直角的方式配置，亦可以相互呈其他角度的方式配置。在俯視圖中，在此實施型態中的連續性遮罩層呈現圍籬或晶格的形狀。若該等遮罩的脊部在連續性層狀結構或遮罩層中以相互平行的方式配置，則其亦可以彼此位置交錯的方式或直接彼此上下排列的方式配置。對於特別的應用而言，晶格式的配置可能是較優異的。在平行通道的同步交錯配置的情況下，在交錯配置中的額外層可能不利於表面的均勻度。
根據本發明之方法的另一較佳實施例，在步驟b)中的疊合能以熱或超音波的方式達成。此有利於更增加聚合物薄膜的材料選擇。
在另一較佳實施例中，藉由黏著接合與疊壓而將聚合物薄膜連結在一起。此黏著接合劑能利用如丙烯酸酯黏著劑而加以製造。此能夠支持並改善聚合物薄膜的機械接合性質。
在一較佳實施例中，在該遮罩中的脊部並未於一端處接合，且步驟a)、b)與d)能夠在連續捲繞製程中所施行。此特別有利於大規模且工業級的製造應用。製造方法的至少部分自動化會再次簡化方法並使具有平行管狀通道的鐵電駐極體的製造平價化。理論上，根據本發明能有利地以連續性及/或自動化的方式(如捲繞製程)來進行所有步驟a)至e)。
本發明亦關於一種包含根據本發明之鐵電駐極體多層複合物的壓電元件，特別較佳的是為感應器或致動器元件。本發明可有利地應用至廣泛範圍的各種應用中，此些應用的典型實例為壓力感應器、電聲轉換器、麥克風、擴音器及“智慧型”樓板。
此外，本發明提出一種根據本發明之鐵電駐極體多層複合物之製造用的設備，包含用以形成管狀通道(尤其是相互平行之管狀通道)的裝置(means)。
在此情況下較佳形成平行管狀通道的裝置包含一遮罩，該遮罩具有藉由溝槽而彼此分隔的二或更多脊部，尤其是平行脊部，該等脊部在至少一端處並未連結或以可分離的方式連結。
根據本發明，該遮罩有用地自特定材料所製成，此特定材料在每一情形中所選定的操作條件下皆不會與聚合物薄膜材料接合。根據本發明，該遮罩較佳的是由聚合物材料、金屬材料及/或複合材料所製成。根據本發明之複合材料亦包含下列可能：具有能夠協助遮罩自聚合物薄膜複合物移除之非黏性塗料的聚合物材料或金屬材料遮罩。若該遮罩係至少部分由金屬與磁性材料所製成，則在另一有利的實施例中，該等脊部能夠藉由根據本發明之裝置中適當的磁鐵或磁性元件配置而加以定位與定形。此能夠延長裝置的使用壽命、改善、長期確保與維持所製造出之鐵電駐極體的品質。
本發明亦關於一種實施方法的裝置，其至少包含下列元件：
a)　一疊合單元，
b)　一遮罩，其具有藉由溝槽而彼此分離的兩或更多平行脊部，其中該等脊部至少部分被配置於該疊合單元內，
c)　在每一情形中，一或更多饋送(feed)裝置，用以連續饋送至少一聚合物薄膜至該遮罩上方，並連續饋送至少一聚合物薄膜至該遮罩下方，以形成堆疊膜層，又
d)　該遮罩的該等脊部在面向該饋送裝置的一端處係連結在一起，而在對向端處係彼此分離。
利用該裝置可有利地以至少部分連續的方式實施該方法，甚至在大規模製程中，較佳的是以捲繞(roll-to-roll)的方式進行，此尤其有利於工業級應用該方法。至少部分的製造方法自動化再次地簡化了方法並以不昂貴的方式製造具有平行管狀通道的鐵電駐極體多層複合物。
在一有利的發展中，疊合單元具有一或多個織構的疊合滾輪。織構化有利於適合將較高的壓力施加至欲接合的聚合物薄膜區域上，因此改善聚合物薄膜間的接合。可替代或除此之外，設計疊合滾輪的織構化俾使如滾輪表面上的突出物嵌合(engage)至脊部間的溝槽中並包圍脊部而將定位，有利地延長裝置的使用壽命。總言之，藉著疊合滾輪的織構化化能更進一步地改善經製造出之鐵電駐極體多層複合物的品質。
若至少該遮罩的脊部係由金屬與磁性材料所形成，也能根據本發明提供該疊合裝置在脊部的上與下方具有磁性元件。有利地，藉此方式能將脊部固定所期望的位置，此有利於遮罩的尺寸穩定性與耐受性。因此，能增加、長期維持與確保經製造出之鐵電駐極體多層複合物產品的品質。
圖1顯示了根據本發明由兩聚合物薄膜2a、2b所構成之鐵電駐極體多層複合物1的剖面圖。在聚合物薄膜2a、2b之間形成有相互平行設置的一層管狀通道3。該等管狀通道3具有矩形的剖面。有利的是此剖面形狀特別易於製造。聚合物薄膜2a、2b在通道間係接合在一起且僅為了說明用途而被分開顯示。
圖2顯示由二聚合物薄膜2a、2b與一遮罩層5所構成之堆疊膜層4的俯視圖，其亦顯示製造圖1中所示之鐵電駐極體多層複合物1的簡易方法。該遮罩層5係為聚合物薄膜層，例如聚四氟乙烯(PTFE)，以切割或壓印方式在遮罩層5中產生平行、延伸的矩形溝槽6，俾以形成平行薄膜條狀的脊部7，而聚合物遮罩薄膜5的兩端5a、5b處連結在一起，此具有下列優點：該等脊部7固定在遮罩5的兩端5a、5b，因此不會滑動或形變，尤其在手動處理與進行製造方法時。該遮罩薄膜5的兩端5a、5b自形成的堆疊膜層4處突伸，接著在適當提升的高溫下疊合該等堆疊膜層4，在此操作期間，該遮罩5之溝槽6中的聚合物薄膜2a、2b接合在一起並形成脊部7的外形。而後在一端5a處，該等脊部能沿著虛線X(如利用簡易的切割)彼此分離，讓該遮罩5獲得梳子狀的外形，使其能夠沿著箭頭A的方向輕易地被拉扯而脫離聚合物薄膜複合物，再加以移除。一聚合物薄膜複合物1係由二聚合物薄膜2a、2b與平行的管狀通道3所構成，該等管狀通道3自聚合物薄膜複合物的一側延伸至聚合物薄膜複合物的對向側。
圖3a顯示以類似於針對圖2所述之方法所製造出之鐵電駐極體1的顯微立體成像圖，具有二聚碳酸酯薄膜與五平行管狀通道3。
圖3b顯示以根據針對圖2之敘述所製造出之鐵電駐極體1的顯微立體成像圖，具有二聚碳酸酯薄膜與四平行管狀通道3。
圖4顯示自三聚碳酸酯薄膜根據本發明所製造出之鐵電駐極體多層複合物1的顯微立體成像剖面圖。剖面顯示在連續通道層中相互平行設置的二通道3。在該連續通道層中所示的通道3係定向為相互平行且以彼此相對關係具有些微交錯的方式設置。
圖5顯示根據本發明之方法以捲繞方式實施的步驟a)、b)與d)的裝置8之示意圖。第一與第二饋送滾輪9a、9b(作為饋送裝置)係用於連續饋送至少一聚合物薄膜2a至該遮罩5上方以及至少一聚合物薄膜2b至該遮罩5下方，以形成堆疊膜層4。用語「上」與「下」及「上方」與「下方」分別表示層狀結構彼此間的關係且可選擇性地交換使用。該遮罩5的脊部在面向饋送滾輪9a、9b的一端係連結在一起，而在對向的一端係彼此分離。理論上，還能理解該遮罩有其他位向(orientation)，例如與製造方向呈直角的配置。此外，所示的裝置8包含疊合單元，其係由第一疊合滾輪10、一加熱裝置11與在每一情況下依照製造方向位於遮罩5之上方與下方的第二疊合滾輪12。在疊合單元中，聚合物薄膜2a、2b被一起壓合在該遮罩5之溝槽6中的並接合在一起而形成通道3；接著具有管狀通道3之聚合物複合物1係沿著箭頭A的方向連續地拉動而將其輸送離開。在此方式下，可獲得具有無限長度之通道3的多層複合物。通道的尺寸與間距可藉著遮罩5的適當設計所決定。其具有極大的優點：目前所用的此方法並不依賴材料(具有廣大範圍)，因此能用於廣大範圍的應用上。有利地，使用根據本發明的裝置，至少部分以連續的方式(如捲撓方式)甚至大規模地實施該方法，理論上有利地能夠進行所有方法步驟，即連續地及/或自動地極化通道內表面。此尤其有利於以工業規模施行該方法。製造方法的至少部分自動化簡化了處理且使得具有平行管狀通道3的鐵電駐極體多層複合物的製造能以不昂貴的方式進行。
總言之，根據本發明係提供一種製造具有管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法，其能以簡單且以低成本的方式實施，甚至能應用於大規模製程。以根據本發明之方法所製造出之鐵電駐極體多層結構亦可利用更多具有被精確界定之孔洞結構的膜層所製成。剖面之幾何圖案與尺寸的變化調整能力、根據本發明所製造出之管狀通道的數目、管狀通道層的膜層順序與數目及所用之聚合物薄膜的廣泛材料選擇使得根據本發明所製造出的鐵電駐極體能夠特別適應適當的應用區域。
下列所舉之實例意在更進一步地解釋本發明而非對其造成限制。
實施例 例1 自聚碳酸酯薄膜製造鐵電駐極體多層複合物
在二聚碳酸酯之聚合物薄膜層之間插入PTFE的聚合物薄膜層作為遮罩，每一聚碳酸酯薄膜具有50μm的厚度；遮罩中被切割出相互平行的延長矩形溝槽，使得脊部具有寬度為1.3mm之平行薄膜條的形式且在遮罩的兩端處連結在一起，該遮罩的該等端部自形成的堆疊膜層突伸而出，該遮罩薄膜具有200μm的厚度；接著在180℃下疊合堆疊膜層。在此操作期間，聚碳酸酯薄膜在遮罩中的溝槽區域中接合在一起並描繪出(outline)脊部的形狀，在一端處，藉著簡單地切開該遮罩薄膜的端部而使脊部彼此分離，此使得該遮罩呈現類似梳子的形狀，藉由拉扯在脊部仍連接在一起的另一端該遮罩能自聚碳酸酯薄膜複合物輕易地被移除，而獲得由具有連續平行管狀通道之二聚碳酸酯薄膜所組成的聚合物薄膜複合物。該等通道的寬度與高度係由脊部的寬度與高度所界定，該等通道的高度為200μm；接著在聚碳酸酯薄膜面向外部的表面提供50nm厚的鋁電極，並直接施加3kV的電流將其極化。
在2週後量測壓電d33係數。
d33聚碳酸酯樣品1：350pC/N
d33聚碳酸酯樣品2：600pC/N
例2 自FEP薄膜製造鐵電駐極體
如例1製造鐵電駐極體多層複合物，其中FEP薄膜具有50μm的厚度，且及PTFE遮罩具有200μm的厚度以及寬度為1.3mm之脊部。藉著在300℃的溫度下進行疊合而接合FEP薄膜。在2週後量測壓電d33係數。
以類似的方式，自厚度為50μm的FEP薄膜及厚度為25μm、50μm、100μm、200μm與300μm的PTFE遮罩層來製造鐵電駐極體多層複合物。在每一情形中，針對所使用之每一遮罩層厚度備製10個樣品，此些聚合物薄膜片的尺寸介於4cm×4cm至10cm×13cm之間，在2週後根據例3中的程序量測每一樣品5次，接著自所有值決定平均值與標準差，其值顯示於表1中。
例3 d33壓電常數之機械量測的測試設定與進行量測
對於測試裝置而言，理論上需要下列之三個主要部件：力產生器、力量測儀與電荷量測儀。選擇來自Brel ＆ Kjr之型號4810的電子振盪器作為力產生器。振盪器可施加藉由輸入電壓的函數所界定的力，此振盪器係設置於可移動的平臺上，其在垂直方向上的位置可手動調整。為了夾置本樣，振盪器的高度必須能夠調整，此外，量測所需的靜態預壓(pre-pressure)能隨之調整。為了控制振盪器，使用來自Stanford Research Systems的DS345功能產生器結合來自Brel ＆ Kjr之型號2718的功率放大器；使用來自Burster之型號8435的力感測器作為力量測儀；力感測器之設計係針對0至200N範圍內的壓力與張力負戴量測。然而，力必須僅以垂直方式施加以致於無水平力分量或轉矩作用於感測器上。為了確保此點，力感測器具有一圓柱形的壓力引導滑道，引導滑道中有不銹鋼栓梢在其中以幾乎無摩擦的方式滑動。在栓梢的自由端處有一個兩公分寬的拋光板作為樣品的支撐表面。利用來自Burster之型號9243的放大器模組來偵測來自力感測器的訊號並將其傳輸至GOULD 4094示波器。
使用來自Brel ＆ Kjr之型號2635的電荷放大器作為電荷量測儀。電荷放大器能夠偵測到上至0.1pC的電量。為了量測表面電荷，必須將樣本的兩側皆電連接至電荷放大器上，樣品的下側的電連接可由支撐表面所達成，因而連接至總設定裝置處，樣品的上側係藉由黃銅所構成的壓力施加戳印(pressure-exerting stamp)而連接電荷放大器。戳印係藉由振盪器上方的Plexiglas樹脂玻璃而與其他的設定裝置電絕緣，並藉由電纜而連接至電荷放大器。
電纜應儘量地薄且具有可撓性以避免機械應力，因此避免測試結果的否証性(falsifications)。自電荷放大器所量測到的訊號最後被傳輸至示波器。
3N的預壓(靜態)被設定為標準，並利用1N的強度(動態)來進行量測。
1．．．鐵電駐極體多層複合物
2a、2b．．．聚合物薄膜
3．．．管狀通道
4．．．膜層堆疊
5．．．遮罩層
5a、5b．．．兩端
6．．．矩形溝槽
7．．．脊部
8．．．裝置
9a、9b．．．第一、第二饋送滾輪
10．．．第一疊合滾輪
11．．．加熱裝置
12．．．第二疊合滾輪
以上係結合附圖以例示性方式解釋本發明，但本發明並不限於上述之實施例。
圖1：根據本發明由二聚合物薄膜所構成之鐵電駐極體多層複合物的剖面圖。
圖2：根據本發明由二聚合物薄膜與遮罩層所構成之膜層堆疊的俯視圖。
圖3a：根據本發明所製造出具有二聚碳酸酯薄膜的鐵電駐極體多層複合物的俯視圖。
圖3b：根據本發明所製造出具有二聚碳酸酯薄膜的鐵電駐極體多層複合物的剖面圖。
圖4：根據本發明所製造出具有三聚碳酸酯薄膜的鐵電駐極體多層複合物的剖面圖。
圖5：用以實施本發明之方法的裝置的示意圖。
1．．．鐵電駐極體多層複合物
2a、2b．．．聚合物薄膜
3．．．管狀通道

Claims (15)

  1. 一種鐵電駐極體多層複合物，其包含上下交疊且黏合在一起的至少兩聚合物薄膜，其中孔洞係形成於該等聚合物薄膜之間，其特徵在於：該等孔洞為管狀通道。
  2. 如申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物，其中該等孔洞為相互平行的管狀通道。
  3. 如申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物，其中該等聚合物薄膜係選自於由下列者所構成之族群的相同或相異聚合物材料所構成：聚碳酸酯、氟化的聚合物與共聚物、聚酯、聚亞醯胺、聚甲基丙烯酸甲酯、環烯烴聚合物、環烯烴共聚物及聚丙烯。
  4. 如申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物，其中三或更多聚合物薄膜係以上下交疊的方式設置且接合在一起，且該聚合物薄膜間的該等管狀通道係在上下交疊的層狀結構中以相互平行或垂直的方式設置。
  5. 如申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物，其中該等通道之端點係呈開放式或於一或兩端呈封閉式。
  6. 如申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物，其中一導電塗膜係至少部分地被施加至該聚合物薄膜的外表面。
  7. 一種製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法，其包含下列步驟：a)　提供包含第一聚合物薄膜、第二聚合物薄膜與夾置其中之遮罩層的堆疊膜層，該遮罩具有一或多個脊部，其係形成在該堆疊膜層內，藉由溝槽彼此分隔，該等脊部並未接合或在至少一端處以可分離的方式接合，且該遮罩自該堆疊膜層的一或兩端處突伸，b)　疊合在步驟a)中所製造之該堆疊膜層並接合該等聚合物薄膜以形成聚合物薄膜複合物，c)　選擇性地在一端處分離該遮罩的該脊部，d)　藉著將該遮罩拉出該聚合物薄膜複合物而自該聚合物薄膜複合物移除該遮罩，e)　利用相反的電荷對步驟d)中所開啟的該管狀通道的內表面進行充電。
  8. 如申請專利範圍第7項之製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法，其中在步驟e)中對該通道之內表面進行充電之前及/或之後，將電極施加至該聚合物複合物的外表面。
  9. 如申請專利範圍第7項之製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法，其中在步驟a)中的該堆疊膜層包含一或多層額外的聚合物薄膜及一或多層遮罩層，該薄膜堆疊的外部膜層係由聚合物薄膜所形成。
  10. 如申請專利範圍第9項之製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法，其中該等額外的聚合物薄膜及遮罩層係以交替順序的方式設置在該堆疊膜層中。
  11. 如申請專利範圍第7項之製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法，其中該遮罩的該等脊部在一端處並未連結，且步驟a)、b)與d)係以連續捲撓方式實施。
  12. 一種壓電元件，包含如申請專利範圍第1至6項中任一項之鐵電駐極體多層複合物。
  13. 如申請專利範圍第12項之壓電元件，其為感測器或致動器元件。
  14. 一種用以製造如申請專利範圍第1項之鐵電駐極體多層複合物的設備，其特徵在於包含形成管狀通道的裝置。
  15. 一種用以實施如申請專利範圍第7或11項之方法的設備，其至少包含下列元件：a.　一疊合單元，b.　一遮罩，具有藉由溝槽所分離之兩或更多平行脊部，其中該等脊部係至少部分置放於該疊合單元內，c.　一或多個饋送裝置，用以連續饋送至少一聚合物薄膜至該遮罩上方，並連續饋送至少一聚合物薄膜至該遮罩下方，以形成堆疊膜層，及d.　該遮罩的該等脊部在面向該饋送裝置之端處係連接在一起，而在對向端係彼此分離。
TW098142396A 2008-12-13 2009-12-11 鐵電駐極體多層複合物及製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法 TWI521754B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08021693 2008-12-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201034268A TW201034268A (en) 2010-09-16
TWI521754B true TWI521754B (zh) 2016-02-11

Family

ID=40578615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW098142396A TWI521754B (zh) 2008-12-13 2009-12-11 鐵電駐極體多層複合物及製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8446080B2 (zh)
EP (1) EP2376278B1 (zh)
JP (1) JP5628197B2 (zh)
KR (1) KR101475114B1 (zh)
DK (1) DK2376278T3 (zh)
ES (1) ES2401609T3 (zh)
PT (1) PT2376278E (zh)
TW (1) TWI521754B (zh)
WO (1) WO2010066347A2 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012120009A1 (de) 2011-03-07 2012-09-13 Bayer Materialscience Ag Schichtverbund mit elektroaktiven schichten
US20140318703A1 (en) * 2011-08-10 2014-10-30 Shanghai Dagong New Materials Co., Ltd. Continuous production process for polytetrafluoroethylene functional film for electro-mechanical energy conversion
JP2014091296A (ja) * 2012-11-06 2014-05-19 Takeshi Yamaoka 圧電フイルム
WO2014193493A2 (en) * 2013-02-15 2014-12-04 The Florida State University Research Foundation, Inc. Polymer foam-based piezoelectric materials and method of manufacture
WO2015102445A1 (ko) * 2014-01-05 2015-07-09 엘지전자 주식회사 근접 서비스 기반의 그룹 통신을 중계하는 방법 및 사용자 장치
WO2018191741A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 Emfit Ltd. Wearable sensor and system thereof
JP6186557B1 (ja) * 2017-05-30 2017-08-23 健 山岡 圧電フイルム

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4654546A (en) * 1984-11-20 1987-03-31 Kari Kirjavainen Electromechanical film and procedure for manufacturing same
US5329496A (en) * 1992-10-16 1994-07-12 Duke University Two-dimensional array ultrasonic transducers
DE19727722A1 (de) * 1996-08-27 1998-03-19 Schnause Rolf Dipl Ing Hohlprofil-Extruder
AU3208299A (en) * 1998-03-26 1999-10-18 Exogen, Inc. Arrays made from flexible transducer elements
FI108204B (fi) * 1999-11-25 2001-11-30 Kari Johannes Kirjavainen Kalvo energioiden muuntamiseksi
JP2002102624A (ja) * 2000-10-02 2002-04-09 Mitsui Chemicals Inc ハニカムフィルター
US7518284B2 (en) * 2000-11-02 2009-04-14 Danfoss A/S Dielectric composite and a method of manufacturing a dielectric composite
GB0114691D0 (en) * 2001-06-15 2001-08-08 Rasmussen O B Laminates of films and methods and apparatus for their manufacture
US6729807B1 (en) * 2002-11-07 2004-05-04 Profile Products L.L.C. Integral lofty polymer grid and fiber web matrix turf reinforcement mats
US6984439B2 (en) * 2002-11-12 2006-01-10 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Responsive film with corrugated microlayers having improved properties
US7303642B2 (en) * 2002-11-12 2007-12-04 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Methods of making responsive film with corrugated microlayers having improved properties
DE102004056200A1 (de) 2004-11-22 2006-06-01 Technische Universität Darmstadt Elektroakustischer Wandler
US7880371B2 (en) * 2006-11-03 2011-02-01 Danfoss A/S Dielectric composite and a method of manufacturing a dielectric composite
US8003732B2 (en) * 2008-08-25 2011-08-23 GM Global Technology Operations LLC Gradient reinforced proton exchange membrane
JP5567030B2 (ja) * 2009-07-15 2014-08-06 バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフト フェロエレクトレット２層および多層コンポジットおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
PT2376278E (pt) 2013-03-25
KR20110094052A (ko) 2011-08-19
DK2376278T3 (da) 2013-03-18
JP5628197B2 (ja) 2014-11-19
US20110234056A1 (en) 2011-09-29
WO2010066347A3 (de) 2010-08-19
US8446080B2 (en) 2013-05-21
EP2376278B1 (de) 2012-12-26
WO2010066347A2 (de) 2010-06-17
KR101475114B1 (ko) 2014-12-22
TW201034268A (en) 2010-09-16
EP2376278A2 (de) 2011-10-19
ES2401609T3 (es) 2013-04-23
JP2012511443A (ja) 2012-05-24
WO2010066347A8 (de) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI521754B (zh) 鐵電駐極體多層複合物及製造具有平行管狀通道之鐵電駐極體多層複合物的方法
KR101515261B1 (ko) 페로일렉트릿 이층 및 다층 복합체 및 그의 제조 방법
US20140084747A1 (en) Electromechanical converter having a two-layer base element, and process for the production of such an electromechanical converter
Zhang et al. Fabrication of fluoropolymer piezoelectrets by using rigid template: Structure and thermal stability
WO2013118598A1 (ja) フッ素樹脂フィルムを用いた圧電素子
JP2011109095A (ja) 二層又は多層フェロエレクトレット及びその製造方法
US20140009039A1 (en) Polymer layer composite with ferroelectret properties and method for producing said composite
JP2013513230A (ja) 圧電性ポリマーフィルム素子、特にポリマー箔、およびその製造方法
Kierzewski et al. Adding an electroactive response to 3D printed materials: Printing a piezoelectret
JPS58122790A (ja) 圧電高分子材料のブロツクの製造方法およびこの方法により得られるブロツク
JP2014207391A (ja) 発電素子、発電デバイス、発電ユニット及び発電素子の設置方法
JP6323948B2 (ja) アクチュエータ素子及びアクチュエータ
JP2013162051A (ja) フッ素樹脂フィルム製圧電素子及びその製造方法
US20140318703A1 (en) Continuous production process for polytetrafluoroethylene functional film for electro-mechanical energy conversion
JP5567030B2 (ja) フェロエレクトレット２層および多層コンポジットおよびその製造方法
Lou et al. Piezoelectric performance of fluor polymer sandwiches with different void structures
Altafim et al. Fluoroethylenepropylene ferroelectrets with superimposed multi-layer tubular void channels
Zhang et al. Fabrication and piezoelectricity of fluoropolymer films with patterned structure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees