TWI751524B - 壓電薄膜之電極化方法 - Google Patents
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Abstract
一種壓電薄膜之極化方法。在此方法中，以射出成膜方式形成壓電薄膜。將壓電薄膜平貼在導電基材之表面。在壓電薄膜平貼在導電基材之表面時，對壓電薄膜進行極化製程。
Description
本揭露是有關於一種壓電薄膜之製作技術，且特別是有關於一種壓電薄膜之極化方法。
壓電材料中之電域的極性方向常常沒有規則性而互相抵消，易造成整個壓電材料沒有極性，進而無法呈現材料本身的壓電特性。因此，通常需對壓電材料進行極化製程，方能使壓電材料的電域方向一致而呈現壓電特性。
非接觸式極化技術係以高電場進行極化，以將壓電薄膜裡的分子沿著電場分布整齊地排列，進而使壓電薄膜呈現壓電特性。由於電暈放電(corona discharge)容易生成，且能提供進行極化製程所需之高電場環境，因此目前都使用電暈放電技術來提供電子來源。在一些採電暈放電技術之極化設備中，電子會先經過具有負性高電壓網(grid)才到待極化之表面。
有機壓電薄膜一般係由壓電材料溶液或液體透過各種成膜方式而形成。舉例而言，一些成膜方式係以塗布
方式形成，而需要基材；另有一些成膜方式係採射出成膜，而不需要基材。若在基材上成膜，壓電薄膜在成膜後通常必須經過脫膜程序，來將壓電薄膜與基材分離，以利進行下一步的製程。此壓電薄膜在無基材狀態下經過各種處理後，須經過極化製程。在極化製程進行時，極化設備的高電場強迫壓電薄膜裡的電域轉向，以使壓電薄膜得到壓電特性。然而，壓電薄膜裡的電域被迫轉向會造成壓電薄膜的內應力增加。此外，極化過程進行時，大量的電荷會累積在壓電薄膜的表面上，如此會造成已有壓電特性的薄膜變形。在內應力和變形的雙重影響下，壓電薄膜的表面會呈現壓縮、擴張、皺紋、或其他損害此壓電薄膜外觀的現象，如此將造成壓電薄膜於後續製程和應用上的問題。
因此，本發明之一目的就是在提供一種壓電薄膜之極化方法，其在壓電薄膜進行極化製程前，先使壓電薄膜與導電基材之表面貼合。如此，導電基材可在壓電薄膜之極化製程期間提供壓電薄膜平面支撐力，使得壓電薄膜可抵抗極化製程所產生之內應力與變形。故，可確保壓電薄膜於極化製程後仍維持平整。
本發明之另一目的就是在提供一種壓電薄膜之極化方法，其可兼顧壓電薄膜的極化與平整性，因此有利於極化後之壓電薄膜之後續製程與應用的進行。
根據本發明之上述目的，提出一種壓電薄膜之極化
方法。在此方法中，以射出成膜方式形成壓電薄膜。將壓電薄膜平貼在導電基材之表面。在壓電薄膜平貼在導電基材之表面時，對壓電薄膜進行極化製程。
依據本發明之一實施例，上述之壓電薄膜包含聚偏二氟乙烯(PVDF)均聚物。
依據本發明之一實施例，上述之導電基材為金屬板、金屬膜、碳板、或金屬捲材。
依據本發明之一實施例，上述之導電基材包含基底以及導電層。基底包含塑膠膜、透明玻璃、或塑膠板。導電層設於基底上，其中導電層之一表面為導電基材之表面。導電層包含金屬層、導電氧化層、或碳奈米粉漿層。
依據本發明之一實施例，上述將壓電薄膜平貼在導電基材之表面包含對壓電薄膜與導電基材施加壓合力、使壓電薄膜之貼合表面產生靜電、或利用導電黏著劑接合壓電薄膜與導電基材之表面。
依據本發明之一實施例，上述使壓電薄膜之貼合表面產生靜電包含對貼合表面進行電漿處理或以高壓氣體噴吹貼合表面。
根據本發明之上述目的，另提出一種壓電薄膜之極化方法。在此方法中，以塗布方式於基材上形成壓電薄膜。進行脫膜處理，以使壓電薄膜脫離基材。將壓電薄膜貼合在導電基材之表面。在壓電薄膜平貼在導電基材之表面時，對壓電薄膜進行極化製程。
依據本發明之一實施例，上述之壓電薄膜包含聚偏
二氟乙烯共聚物。
依據本發明之一實施例，上述之導電基材為金屬板、金屬膜、碳板、或金屬捲材。
依據本發明之一實施例，上述之導電基材包含基底以及導電層。基底包含塑膠膜、透明玻璃、或塑膠板。導電層設於基底上，其中導電層之一表面為導電基材之表面。導電層包含金屬層、導電氧化層、或碳奈米粉漿層。
依據本發明之一實施例，上述將壓電薄膜平貼在導電基材之表面包含對壓電薄膜與導電基材施加壓合力、使壓電薄膜之貼合表面產生靜電、或利用導電黏著劑接合壓電薄膜與導電基材之表面。
依據本發明之一實施例，上述使壓電薄膜之貼合表面產生靜電包含對貼合表面進行電漿處理或以高壓氣體噴吹貼合表面。
根據本發明之上述目的，又提出一種壓電薄膜之極化方法。在此方法中，形成壓電薄膜於導電基材之表面上。形成壓電薄膜於導電基材之表面上包含使壓電薄膜平貼在導電基材之表面。在壓電薄膜平貼在導電基材之表面時，對壓電薄膜進行極化製程。
依據本發明之一實施例，上述之壓電薄膜包含聚偏二氟乙烯均聚物與聚偏二氟乙烯共聚物。
依據本發明之一實施例，上述之導電基材為金屬板、金屬膜、碳板、或金屬捲材。
依據本發明之一實施例，上述之導電基材包含基底
以及導電層。基底包含塑膠膜、透明玻璃、或塑膠板。導電層設於基底上，其中導電層之一表面為導電基材之表面。導電層包含金屬層、導電氧化層、或碳奈米粉漿層。
100:壓電薄膜
100a:壓電薄膜
102:貼合表面
102a:貼合表面
110:導電基材
110a:導電基材
112:表面
112a:表面
114:基底
116:導電層
116a:表面
130:電漿源
140:電源供應器
142:第一極
144:第二極
150:基材
152:表面
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1A〕至〔圖1C〕係繪示依照本發明之第一實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種導電基材的側視示意圖；〔圖3A〕至〔圖3D〕係繪示依照本發明之第二實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖；以及〔圖4A〕與〔圖4B〕係繪示依照本發明之第三實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖。
本發明之各實施方式可應用在有機壓電薄膜或無機壓電薄膜的極化上，特別是有機壓電薄膜。請參照圖1A至圖1C，其係繪示依照本發明之第一實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖。在本實施方式中，進行壓電薄膜100之極化時，可先提供壓電薄膜100，如圖1A所示。而此壓電薄膜100可為有機壓電薄膜或無機壓電薄
膜。在一些例子中，可利用射出成膜方式，製作有機的壓電薄膜100。在這樣的例子中，製作壓電薄膜100時無需基材。此時，壓電薄膜100可例如包含但不限於聚偏二氟乙烯的均聚物。大部分之有機的壓電薄膜100，例如聚偏二氟乙烯的均聚物，於成膜後需經過拉伸處理。
如圖1B所示，提供壓電薄膜100時，可進一步提供導電基材110，並將所製備之壓電薄膜100貼合在導電基材110之表面112。導電基材110之表面112為一平坦表面，如此壓電薄膜100可以平貼方式設置在導電基材110之表面112上。貼合時必須確保壓電薄膜100與導電基材100之表面112之間無任何氣泡，以避免下一步極化進行時衍生極化均勻度和壓電薄膜100的永久性變形，藉此避免影響壓電薄膜100的整體品質。
在一些例子中，將壓電薄膜100貼合在導電基材110之表面112上時，可對壓電薄膜100與導電基材110施加壓合力，藉此壓合力來將壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112緊密結合。
在另一些例子中，於導電基材110之表面112上貼合壓電薄膜100時，可先在壓電薄膜100之貼合表面102上產生靜電，再利用靜電吸附方式使壓電薄膜100之貼合表面102緊密地貼合在導電基材110的表面112上。在這樣的例子中，可透過對壓電薄膜100之貼合表面102進行電漿處理，或者利用高壓氣體來噴吹壓電薄膜100之貼合表面102的方式，使壓電薄膜100之貼合表面102
產生靜電。
在又一些例子中，將壓電薄膜100貼合於導電基材110之表面112上時，可額外利用導電黏著劑來接合壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112。在一些示範例子中，利用導電黏著劑來接合壓電薄膜100之貼合表面102與導電基材110之表面112時，可在壓電薄膜100之貼合表面102及/或導電基材110之表面112形成導電之黏著層、壓敏膠、或熱壓膠。
導電基材110需具有可支撐壓電薄膜100之結構強度，以避免壓電薄膜100變形。在一些例子中，導電基材110可為金屬板、金屬膜、碳板、或者金屬捲材，其中金屬捲材可應用於壓電薄膜100之捲對捲(RTR)極化製程。此導電基材110必須跟隨待極化的壓電薄膜100經過極化製程。例如，對一些捲對捲或連續式(In-line)極化設備來說，此導電基材110也需要跟著進行極化製程之壓電薄膜100移動。
請先參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種導電基材的側視示意圖。在另一些例子中，可採用導電基材110a來取代導電基材110。導電基材110a主要可包含基底114與導電層116，其中導電層116設於基底114上。導電層116可例如以鍍覆或塗布的方式設置在基底114上。導電層116之表面116a為導電基材110a之表面112a，即導電基材110a與壓電薄膜之貼合表面互相接合之平坦表面。基底114可為不導電材質，例如塑膠
膜、透明玻璃、或塑膠板。導電層116可包含金屬層、導電氧化層、或碳奈米粉漿層。在一些示範例子中，導電基材110a可為塑膠膜上鍍覆金屬層、透明玻璃上鍍覆導電氧化層、塑膠板上塗刷金屬粉層或碳奈米粉漿層。
請繼續參照圖1C，完成壓電薄膜100與導電基材110之表面112的貼合程序後，可在壓電薄膜100平貼於導電基材110之表面112時，對壓電薄膜100進行極化製程，以使壓電薄膜100中的分子沿著電場分布整齊地排列，藉此使壓電薄膜100呈現壓電特性。在一些例子中，可利用電漿來進行壓電薄膜100的極化製程。舉例而言，極化壓電薄膜100時，電漿源130設於導電基材110之表面112與壓電薄膜100之上方，電源供應器140之第一極142與電漿源130電性連接，電源供應器140之第二極144接地，導電基材110亦接地。電源供應器140之第一極142與第二極144具有不同電位。電源供應器140對電漿源130供電後，電漿源130可產生電漿，電漿朝貼合在導電基材110之表面112上的壓電薄膜100噴射，藉此極化壓電薄膜100。
由於壓電薄膜100在極化製程期間，緊密平貼在導電基材110之表面112上，因此導電基材110可在極化製程時對壓電薄膜100提供平面支撐力。藉此，壓電薄膜100可抵抗極化製程所產生之內應力與變形，因此壓電薄膜100經極化後仍可維持平整外型，有利於應用及後續製程的進行。
請參照圖3A至圖3D，其係繪示依照本發明之第二實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖。進行本實施方式之極化方法時，可先提供壓電薄膜100a。在一些例子中，如圖3A所示，提供壓電薄膜100a時可先製備壓電薄膜100a，以提供基材150，並利用例如塗布方式，而在基材150之表面152上形成壓電薄膜100a。因此，在這樣的例子中，製作壓電薄膜100a時，需要藉助於基材150。此時，壓電薄膜100a可例如包含但不限於聚偏二氟乙烯衍生的共聚物。當壓電薄膜100a之材料為聚偏二氟乙烯衍生的共聚物等有機材料時，於成膜後可無需經過拉伸處理。
在一些例子中，如圖3B所示，提供壓電薄膜100a時，可進行壓電薄膜100a的脫膜處理，以分開壓電薄膜100a之貼合表面102a與基材150之表面152，而使壓電薄膜100a脫離基材150。使壓電薄膜100a脫離基材150後，可對壓電薄膜100a進行拉伸處理。在另一些例子中，基材150為非導電材質，因此雖然有些壓電材料成膜後無需進行拉伸處理，但因基材150為非導電體的緣故，仍需進行壓電薄膜100a的脫膜處理，以利後續極化製程的進行。也就是說，在壓電薄膜100a需經拉伸處理時，或者當壓電薄膜100a形成在其上之基材150為非導體時，大都需對壓電薄膜100a進行脫膜處理。
如圖3C所示，於脫膜處理後，提供壓電薄膜100a時，可進一步提供導電基材110，並將脫離基材150之壓
電薄膜100a轉貼至導電基材110之表面112。同樣地，由於導電基材110之表面112為一平坦表面，因此壓電薄膜100a可以平貼方式設置在導電基材110之表面112上。將壓電薄膜100a貼合在導電基材110之表面112上之技術的例子已在上述實施方式中說明，於此不再贅述。此外，導電基材110亦可以圖2之導電基材110a取代。
接著，如圖3D所示，可在壓電薄膜100a平貼於導電基材110之表面112時，利用例如電漿對壓電薄膜100a進行極化製程，藉此使壓電薄膜100a呈現壓電特性。極化製程之裝置的設置與操作例子已於上述實施方式中說明，於此不再贅述。
請參照圖4A與圖4B，其係繪示依照本發明之第三實施方式的一種壓電薄膜之極化方法的裝置流程圖。進行本實施方式之極化方法時，可先提供壓電薄膜100。在一些例子中，如圖4A所示，提供壓電薄膜100時可先製備壓電薄膜100，以提供導電基材110，並利用例如塗布方式，而在導電基材110之表面112上形成壓電薄膜100。在這樣的例子中，壓電薄膜100係直接製作在導電基材110之表面112上。在本實施方式中，導電基材110亦可以圖2之導電基材110a取代。此實施方式之壓電薄膜100可例如包含但不限於聚偏二氟乙烯的均聚物或聚偏二氟乙烯衍生的共聚物。
由於壓電薄膜100係直接形成於導電基材110之表面112上，因此可直接對壓電薄膜100進行極化製程，
而無需再對壓電薄膜100進行脫膜處理、以及與極化製程用之導體基材的貼合處理。在另一些例子中，若壓電薄膜100的材料為成膜後需再進行拉伸處理，仍需如同圖3B與圖3C所示之例子般對壓電薄膜100進行脫膜處理與貼合導體基材的處理。
接著，如圖4B所示，可在壓電薄膜100平貼於導電基材110之表面112時，利用例如電漿對壓電薄膜100進行極化製程，藉此使壓電薄膜100呈現壓電特性。極化製程之裝置的設置與操作例子已於上述實施方式中說明，於此不再贅述。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之壓電薄膜之極化方法在壓電薄膜進行極化製程前，先使壓電薄膜與導電基材之表面貼合。如此，導電基材可在壓電薄膜之極化製程期間提供壓電薄膜平面支撐力，使得壓電薄膜可抵抗極化製程所產生之內應力與變形。故，可確保壓電薄膜於極化製程後仍維持平整。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之壓電薄膜之極化方法可兼顧壓電薄膜的極化與平整性，因此有利於極化後之壓電薄膜之後續製程與應用的進行。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為
準。
100:壓電薄膜
102:貼合表面
110:導電基材
112:表面
Claims (16)
- 一種壓電薄膜之電極化方法，包含：以一射出成膜方式形成一壓電薄膜；將該壓電薄膜平貼在一導電基材之一表面；以及在該壓電薄膜平貼在該導電基材之該表面時，利用一電漿源所產生之電漿對該壓電薄膜進行一極化製程，其中該電漿源位於該壓電薄膜之上方且與該壓電薄膜相隔開。
- 如請求項1所述之方法，其中該壓電薄膜包含聚偏二氟乙烯(PVDF)均聚物。
- 如請求項1所述之方法，其中該導電基材為一金屬板、一金屬膜、一碳板、或一金屬捲材。
- 如請求項1所述之方法，其中該導電基材包含：一基底，其中該基底包含一塑膠膜、一透明玻璃、或一塑膠板；以及一導電層，設於該基底上，其中該導電層之一表面為該導電基材之該表面，該導電層包含一金屬層、一導電氧化層、或一碳奈米粉漿層。
- 如請求項1所述之方法，其中將該壓電薄膜平貼在該導電基材之該表面包含對該壓電薄膜與該導電基 材施加一壓合力、使該壓電薄膜之一貼合表面產生靜電、或利用一導電黏著劑接合該壓電薄膜與該導電基材之該表面。
- 如請求項5所述之方法，其中使該壓電薄膜之該貼合表面產生靜電包含對該貼合表面進行一電漿處理或以一高壓氣體噴吹該貼合表面。
- 一種壓電薄膜之電極化方法，包含：以一塗布方式於一基材上形成一壓電薄膜；進行一脫膜處理，以使該壓電薄膜脫離該基材；將該壓電薄膜貼合在一導電基材之一表面；以及在該壓電薄膜平貼在該導電基材之該表面時，利用一電漿源所產生之電漿對該壓電薄膜進行一極化製程，其中該電漿源位於該壓電薄膜之上方且與該壓電薄膜相隔開。
- 如請求項7所述之方法，其中該壓電薄膜包含聚偏二氟乙烯共聚物。
- 如請求項7所述之方法，其中該導電基材為一金屬板、一金屬膜、一碳板、或一金屬捲材。
- 如請求項7所述之方法，其中該導電基材包含： 一基底，其中該基底包含一塑膠膜、一透明玻璃、或一塑膠板；以及一導電層，設於該基底上，其中該導電層之一表面為該導電基材之該表面，該導電層包含一金屬層、一導電氧化層、或一碳奈米粉漿層。
- 如請求項7所述之方法，其中將該壓電薄膜平貼在該導電基材之該表面包含對該壓電薄膜與該導電基材施加一壓合力、使該壓電薄膜之一貼合表面產生靜電、或利用一導電黏著劑接合該壓電薄膜與該導電基材之該表面。
- 如請求項11所述之方法，其中使該壓電薄膜之該貼合表面產生靜電包含對該貼合表面進行一電漿處理或以一高壓氣體噴吹該貼合表面。
- 一種壓電薄膜之電極化方法，包含：形成一壓電薄膜於一導電基材之一表面上，其中形成該壓電薄膜於該導電基材之該表面上包含使該壓電薄膜平貼在該導電基材之該表面；以及在該壓電薄膜平貼在該導電基材之該表面時，利用一電漿源所產生之電漿對該壓電薄膜進行一極化製程，其中該電漿源位於該壓電薄膜之上方且與該壓電薄膜相隔開。
- 如請求項13所述之方法，其中該壓電薄膜包含聚偏二氟乙烯均聚物與聚偏二氟乙烯共聚物。
- 如請求項13所述之方法，其中該導電基材為一金屬板、一金屬膜、一碳板、或一金屬捲材。
- 如請求項13所述之方法，其中該導電基材包含：一基底，其中該基底包含一塑膠膜、一透明玻璃、或一塑膠板；以及一導電層，設於該基底上，其中該導電層之一表面為該導電基材之該表面，該導電層包含一金屬層、一導電氧化層、或一碳奈米粉漿層。
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