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TWI869291B - 壓電元件及其製造方法 - Google Patents

壓電元件及其製造方法 Download PDF

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TWI869291B
TWI869291B TW113119567A TW113119567A TWI869291B TW I869291 B TWI869291 B TW I869291B TW 113119567 A TW113119567 A TW 113119567A TW 113119567 A TW113119567 A TW 113119567A TW I869291 B TWI869291 B TW I869291B
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丁鏞
林烜鵬
明樂 蘇
楊皓鈞
呂秉哲
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中原大學
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Abstract

一種壓電元件及其製造方法，其中壓電元件包括壓電複合材料與至少一極化功能區，其特徵在於：壓電複合材料由壓電陶瓷粉末及熱塑性彈性體組成，其中壓電陶瓷粉末與熱塑性彈性體經一混煉程序形成壓電混合胚料，且壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成壓電複合材料，對壓電複合材料進行厚度極化或表面極化以產生至少一極化功能區，其中壓電陶瓷粉末的體積比為40%至80%。

Description

壓電元件及其製造方法
本發明關於一種壓電元件及其製造方法，特別關於一種壓電元件之壓電複合材料選自熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers；TPE)可以與陶瓷粉直接做物理性有效均勻混煉，特別是選擇熱塑性高分子材料(Thermoplastic polyurethane；TPU)，當一定比例(如：高於40%)的壓電陶瓷粉末加入後，本發明之壓電元件仍能保持不錯的彈性。
一般可撓性壓電材料是以降低厚度薄度或結合基底材料複合來提升可撓性，在0-3型複合材料，傳統製作方法為能讓陶瓷粉與基底材料均勻混合，常需用昂貴高分子細粉、陶瓷粉、成型劑做乾式混合，並以擠出成型機做混煉擠出胚片成型後，在用高溫熱壓緻密化與複合結構結合。或利用基材液狀膠、陶瓷粉、固化劑攪拌混合後模具靜置或加熱固化。或利用大量化學溶液將基底材料溶解後加入陶瓷粉攪拌混合成漿液，使用鑄模方法或利用刮刀刮成濕胚帶後利用加熱烘烤揮發去除溶劑成乾薄帶，再行高溫熱壓緻密成型。以上製程均有陶瓷粉團聚(agglomeration)、乾式攪拌陶瓷分佈不均、漿膠液黏稠度高攪拌不易之混合均匀度問題，胚片固化或去溶劑過程因陶瓷密度遠大於高分子容 易產生密度梯度分層與氣泡層，高溫熱壓緻密過程易產生龜裂等缺點，製程中添加溶劑、成型劑、固化劑等化學溶液不利環保，元件製程工序繁瑣且產製元件厚度偏薄應用操控性不易。對於實用型高品質高可撓性大尺寸厚材料與各種3d尺寸型狀元件製作，有其改進之必要。
本發明之主要目的係在提供壓電特性佳且彈性佳之壓電元件，其中壓電陶瓷粉末含量佔比超過40%仍可讓壓電陶瓷粉末分佈均勻，本發明之壓電元件能保持高彈性。
本發明之主要目的係在提供製成前述壓電元件之壓電複合材料，壓電複合材料選自熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers；TPE)於混煉階段可與壓電陶瓷粉末直接物理摻和，不須添加化學溶液或表面活性劑。
本發明之壓電複合材料特別是選擇自熱塑性高分子材料(Thermoplastic elastomers；TPU)，當高比例(超過40%)的壓電陶瓷粉末加入後，本發明之壓電元件仍能保持不錯的彈性。
為達成上述之目的，本發明之壓電元件包括壓電複合材料與至少一極化功能區，其特徵在於：壓電複合材料由壓電陶瓷粉末及熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers；TPE)組成，其中壓電陶瓷粉末與熱塑性彈性體經一混煉程序形成壓電混合胚料，且壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成壓電複合材料，對壓電複合材料進行厚度極化(thickness poling)或表面極化(surface poling)以產生至少一極化功能區，其中壓電陶瓷粉末與熱塑性彈性體重量比例為0.3：1至3：1。
本發明另提供一種包括前述壓電元件之穿戴物品，其中穿戴物品包括複數極化功能區。
本發明另提供一種壓電元件的製造方法，用於製造壓電元件，壓電元件包括壓電複合材料與至少一極化功能區，壓電元件的製造方法包括下列步驟：於混煉程序中混合壓電陶瓷粉末與熱熔液化之一熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers；TPE)以形成壓電混合胚料，其中壓電陶瓷粉末的體積比為40%至80%；壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成壓電複合材料；以及，對壓電複合材料進行厚度極化(thickness poling)或表面極化(surface poling)以產生至少一極化功能區。
本發明製程是使用陶瓷粉末與熱塑性彈性體(如：TPE、發泡棉、TPU、或TPU發泡棉)直接物理混合(不添加化學溶劑)再經高壓熱射出成型或熱壓成型，可製作高密度、高強度、高可撓性型、不同厚度大尺寸平板與3D元件的壓電複合材料。
本發明亦可射出與熱壓成型交互使用(如：射出後熱壓數次)獲得更高性能之壓電複合材料，例如：經射出成型之壓電混合胚料依模治具平面擴展實施相對應裁切，並置於熱壓模內利用熱壓機實施加溫與加壓，直至壓電混合胚料中熱塑性彈性體呈軟化狀態，再降溫脫模後即可形成3D壓電複合材料。配合塑型模治具與熱壓成型，此製程方法可製作符合精準尺寸厚度結構之3D立體壓電複合材料，並可對已成形之壓電複合材料直接實施極化。此已成形之壓電複合材料經電極印製與高壓極化，可完成 具兩種功能元件之智能材料(smart material)，即輸入形變產生電壓訊號之感測器(壓電正電壓效應piezoelectric direct effect)以及輸入電壓產生形變之致動器(壓電逆電壓效應piezoelectric converse effect)。且可於需要採集數據之區域實施厚度極化(thickness poling)或表面極化(surface poling)即可完成智能材料，非常有利於製作多點感測器或致動器。
本發明之壓電元件可製作環狀(ring)、圓筒管狀(cylinder)、與複雜之手套(glove)等形式，並依需要於特定位置區域製作多點感測器或致動器。另，本發明之壓電元件可與異材質(在此指與壓電元件不同特性的材料)做為基質(substrate)先實施貼附結合，之後再裁切熱壓成型。針對觸感手套(haptic glove)與智慧衣(smart clothing)的實施方是，可先行將本發明之壓電元件貼結合於觸感手套與智慧衣之底襯基材，隨後實施熱壓成型與極化等程序，優化了先前觸感手套與智慧衣的製程。
為能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。以下請一併參考圖1至圖5關於本發明之壓電元件的製造方法之一實施例之步驟流程圖、壓電複合材料之壓電陶瓷粉末體積佔比50%、佔比60%之實施例之電子顯微鏡影像、壓電複合材料之一實施例經厚度極化後形成本發明之壓電元件之矩陣式實施例之示意圖、及經表面極化後形成本發明之壓電元件之示意圖。
如圖1、圖2與圖3所示，在本實施例中，本發明之壓電元件的製造方法，用於製造一壓電元件1，壓電元件1包括一壓電複合材料10與至少一極化功能區20，其中壓電複合材料10由壓電陶瓷粉末11及熱塑性彈性體12組成。本發明之壓電元件的製造方法，包括下列步驟：
步驟S1：於混煉程序中混合壓電陶瓷粉末與熱熔液化之熱塑性彈性體以形成壓電混合胚料，其中壓電陶瓷粉末的體積比為40%至80%。
本發明使用陶瓷混煉機將壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12(Thermoplastic elastomers；TPE)僅進行物理摻合(連續重覆雙螺桿揉擠攪拌)以形成壓電混合胚料。換句話說，在壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12的混煉過程中，不添加化學溶液(如：DMF)或表面活性劑。本發明之壓電陶瓷粉末可以是軟質壓電陶瓷粉末(如：PZT5A、PZT5H)或硬質壓電陶瓷粉末(如：PZT4、PZT8)，但本發明不以此為限，其餘型態之壓電陶瓷亦適用本發明。壓電陶瓷粉末粒徑為1μm至20μm、5μm至15μm、或10μm至20μm的條件下，壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12物理混合效果不錯，而且極化效果佳(比起添加化學溶液或表面活性劑之先前技術而言)。此外，本發明之壓電元件之壓電輸出特性會正比於壓電陶瓷粉末含量，而其可撓性(柔軟度)會正比熱塑性彈性體之含量。經實驗發現，壓電陶瓷粉末與熱塑性彈性體重量比例為0.3：1至3：1所製成之壓電複合材料10經極化可讓本發明之壓電元件1同時獲得較高壓電性與較佳的可撓性。或者，壓電陶瓷粉末體積佔比為45%至85%、40%至80%、或45%至75%所製成之壓電複合材料10經極化可讓本發明之壓電元件1同時獲得較高壓電性與較佳的可撓性。相應地，熱塑性彈性體12的體積比為15%至55%、20%至60%、或25%至55%。
根據本發明之一具體實施例，熱塑性彈性體12可為發泡棉(如：用於工地，建築物或鞋墊緩衝之發泡棉)，利用發泡棉的材質特性，讓 體積比高於40%之壓電陶瓷粉末11與發泡棉(熱塑性彈性體12)在混煉過程中更能均勻地物理摻合，並且需注意的是為使得熱塑性彈性體12的彈性高，發泡棉建議不要經過發泡程序但仍可均勻混合。不要經過發泡程序譬如發泡棉加熱過程控制在180℃或140℃以下，或/且不加空氣或化合物進入發泡棉。
根據本發明之另一具體實施例，熱塑性彈性體12為熱塑性高分子材料(THERMOPLASTIC POLYURETHANE；TPU)，本實施例所用之TPU可為不含可塑劑之高分子彈性體、或者是目前普遍用於鞋大底(當作緩衝吸收走路震波用途)之TPU發泡棉，利用發泡棉的材質特性，讓體積比高於40%之壓電陶瓷粉末11與融熔態下之發泡棉(熱塑性彈性體12)在混煉過程中均勻地物理摻合，且摻合過程中不添加會使熱塑性彈性體12發泡的化合物或空氣。根據本發明之一具體實施例，熱塑性高分子材料(TPU)產品的軟化點從50℃至105℃，起始流動溫度從50℃至145℃，硬度範圍從60A至95A。
在此需注意的是，圖2係壓電陶瓷粉末體積佔比50%與熱塑性高分子材料(THERMOPLASTIC POLYURETHANE；TPU)體積佔比50%製成之本發明之壓電複合材料之電子顯微鏡影像；圖3係壓電陶瓷粉末體積佔比60%與熱塑性高分子材料(THERMOPLASTIC POLYURETHANE；TPU)體積佔比40%製成之本發明之壓電複合材料後之電子顯微鏡影像。由圖2與圖3可以看出，不論壓電陶瓷粉末體積佔比50%、或60%的實施例，本發明之壓電複合材料之壓電陶瓷粉末大致均勻分布，沒有明顯團聚、分層、或者有氣泡的情況。
根據本發明之一具體實施例，當壓電元件1為致動元件時，用於前述壓電元件1之壓電複合材料10之壓電陶瓷粉末11的體積比為60%至80%(壓電陶瓷含量高)，可達壓電與可撓性強度複合特性。當壓電元件1為感測元件時，用於前述壓電元件1之壓電複合材料10之壓電陶瓷粉末11的體積比為40%至60%(低壓電陶瓷含量)，可達壓電與可撓性強度複合特性。
在此須注意的是，本發明之壓電混合胚料係壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12在不添加化學溶液或表面活性劑狀態下混煉而成，雖然沒化學溶液或表面活性劑的幫助，會讓壓電混合胚料中之壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12(如：TPE、發泡棉、TPU或TPU發泡棉)之間的分子鏈結弱於有添加化學溶液的先前技術實施態樣，但弱化的分子鏈結可提高本發明之壓電元件1之極化效果(步驟S3)。
步驟S2：壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成該壓電複合材料。
混煉程序完成後，陶瓷混煉機將壓電混合胚料擠出形成壓電複合線材，隨後壓電複合線材經裁切產生射出成型機進料所需之塑粒，該些塑粒投入射出機並加溫軟化至熱塑性彈性體12的軟化溫度後，經螺桿擠壓進入模具並持壓降溫至TPE軟化點(約110℃)、或TPU軟化點(約130℃至105℃)以下，再行脫模以射出成型本發明之壓電複合材料10。在此須注意的是，本發明之壓電複合材料10可依據模具形狀不同，可實際使用需求製作成不同厚度尺寸之平板(圖4)、管體、柱體、球殼、線、環(圖6)、圓筒(圖 7)、手套(圖9)、功能衣(圖8)、或各式3D形狀，本發明之壓電複合材料10之產製厚度範圍0.3mm至4mm。
此外，本發明之壓電複合材料10具熱塑特性，可使用熱壓機模具做高精度尺寸外型，再進行微塑型，亦可用板狀元件做熱壓薄化，藉此將壓電複合材料10厚度降至0.05mm、或者使用熱貼合方式疊加板狀之壓電複合材料10的厚度、或內外電極層異材質熱貼合。亦可由板料之壓電複合材料10熱壓塑型做弧面、波浪、環狀等多樣性延伸元件，而增加了本發明之應用性。
步驟S3：對壓電複合材料進行厚度極化或表面極化以產生至少一極化功能區而生成壓電元件。
如圖4與圖5所示，本發明之壓電複合材料10成型後，可視壓電元件1的使用需求對壓電複合材料10實施整體或局部區域之直流高壓電場厚度極化(thickness poling)與表面極化(surface poling)，以產生至少一或多個極化功能區20而生成本發明之壓電元件1、1a。後續若對本發明之壓電元件1之極化功能區20、20a施加電壓可作為致動器產生形變，或於極化功能區20感應外界力/扭力造成之形變而產生電壓訊號可作為感測器。
在此須注意的是，如圖4所示，厚度極化是採上下電極間加高壓直流電場做極化。如圖5所示，表面極化是多區並聯極化。本發明之壓電元件1之壓電複合材料10具高強度、高可撓性、高彈性等特性，適合用於曲面貼附或穿戴。故本發明之壓電元件1可製成穿戴物品，如：衣服、指套、手套、膝蓋套等，以提供大形變彎曲、扭轉之壓電感測，產生高電荷信號輸出；亦可對其輸入電壓可對本發明之壓電元件1產生致動效果。
以下請繼續參考圖1至圖5，且一併參考圖6至圖9關於本發明之環狀、圓筒管狀之本發明之壓電元件之一實施例之示意圖、用於觸感手套之本發明之壓電元件之一實施例之示意圖、以及用於智慧衣之本發明之壓電元件之一實施例之示意圖。
如圖1至圖5所示，在本實施例中，本發明之壓電元件1包括壓電複合材料10與至少一極化功能區20，其特徵在於：壓電複合材料10由壓電陶瓷粉末11及熱塑性彈性體12(Thermoplastic elastomers；TPE)組成，其中壓電陶瓷粉末11與熱塑性彈性體12經一混煉程序形成一壓電混合胚料，且壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成壓電複合材料10，並對壓電複合材料10進行厚度極化(thickness poling)或表面極化(surface poling)以產生至少一極化功能區20，其中壓電陶瓷粉末11的體積比為40%至80%。
根據本發明之一實施例，混煉程序為壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12(Thermoplastic elastomers；TPE)在陶瓷混煉機中進行物理摻合(不添加化學溶液或表面活性劑)以形成壓電混合胚料。混煉程序完成後，陶瓷混煉機將壓電混合胚料擠出形成壓電複合線材，隨後壓電複合線材經裁切產生射出成型機進料所需之塑粒，該些塑粒投入射出機並加溫軟化經螺桿擠壓進入模具並持壓降溫TPE軟化點(約110℃)、或TPU軟化點(約130℃至105℃)後脫模以射出成型本發明之壓電複合材料10。
如圖3與圖4所示，本發明之壓電複合材料10成型後，可視壓電元件1的使用需求對壓電複合材料10實施整體或局部區域之直流高壓電場厚度極化(thickness poling)與表面極化(surface poling)，以產生至少一或多個極化功能區20，進而成形成本發明之壓電元件1，後續若對極化功 能區20施加電壓可作為致動器產生形變，或於極化功能區20感應外界力/扭力造成之形變而產生電壓訊號可作為感測器。
在此須注意的是，如圖5至圖9所示，本發明之壓電複合材料10可依據模具形狀不同，視實際使用需求製作成不同厚度尺寸之矩陣式之壓電元件1(圖5)、環狀之壓電元件1b(圖6)、圓筒管狀之壓電元件1c(圖7)、平板、管體、柱體、球殼、線、環、圓筒等各式3D形狀之壓電元件1。同時，因為本發明之壓電元件1可製成穿戴物品，如：壓電元件1d製成之手套(圖8)、指套、壓電元件1e製成之功能衣(圖9)、或膝蓋套等，以提供大形變彎曲、扭轉之壓電感測，產生高電荷信號輸出；亦可對其輸入電壓可對本發明之壓電元件1產生致動效果。
根據一實施例，本發明之壓電陶瓷粉末可以是軟質壓電陶瓷粉末(如：PZT5A、PZT5H)或硬質壓電陶瓷粉末(如：PZT4、PZT8)，且在壓電陶瓷粉末粒徑為1μm至20μm、5μm至15μm、或10μm至20μm的條件下，壓電陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12物理混合效果不錯，而且極化效果佳。此外，本發明之壓電元件之壓電輸出特性會正比於壓電陶瓷粉末含量，而其可撓性(柔軟度)會正比熱塑性彈性體之含量，經實驗發現，壓電陶瓷粉末體積佔比為45%至85%、40%至80%、或45%至75%所製成之壓電複合材料10經極化可讓本發明之壓電元件1同時獲得較高壓電性與可撓性。相應地，熱塑性彈性體12的體積比為15%至55%、20%至60%、或25%至55%。
根據本發明之一具體實施例，當壓電元件1為致動元件時，用於前述壓電元件1之壓電複合材料10之壓電陶瓷粉末11的體積比為60% 至80%(壓電陶瓷含量高)，可達壓電與可撓性強度複合特性。當壓電元件1為感測元件時，用於前述壓電元件1之壓電複合材料10之壓電陶瓷粉末11的體積比為40%至60%(低壓電陶瓷含量)，可達壓電與可撓性強度複合特性。以重量比來看，壓電陶瓷粉末11與熱塑性彈性體12重量比例為0.3：1至3：1。
根據本發明之一具體實施例，熱塑性彈性體12可為發泡棉(如：用於工地或建築物緩衝之發泡棉)，利用發泡棉的特性，讓體積比高於40%之壓電陶瓷粉末11與融熔態下之發泡棉(熱塑性彈性體12)在混煉過程中均勻地物理摻合，並且需注意的是為使得熱塑性彈性體12的彈性高，發泡棉建議不要經過發泡程序(摻合過程中不添加會使熱塑性彈性體12發泡的化合物或空氣)，但仍可均勻混合。根據本發明之另一具體實施例，熱塑性彈性體12為熱塑性高分子材料(THERMOPLASTIC POLYURETHANE；TPU)，本實施例所用之TPU為不含可塑劑之高分子彈性體、或者是目前普遍用於鞋大底(當作緩衝吸收走路震波)之TPU發泡棉，利用發泡棉的材質特性，讓體積比高於40%之壓電陶瓷粉末11與發泡棉(熱塑性彈性體12)在混煉過程中均勻地物理摻合，且摻合過程中不添加會使熱塑性彈性體12發泡的化合物或空氣。
本發明製程是使用陶瓷粉末11與融熔態下之熱塑性彈性體12(如：TPE、發泡棉、TPU、或TPU發泡棉)直接物理混合(不添加化學溶劑)再經高壓熱射出成型或熱壓成型，可製作高密度、高強度、高可撓性型、不同厚度大尺寸平板與3D元件的壓電複合材料。本發明不添化學溶液的製 程，不僅簡化了壓電複合材料10的製程工序、降低了壓電元件的製作成本，也減少了化學溶液對環境的傷害。
應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1、1a、1b、1c、1d、1e:壓電元件
11:壓電陶瓷粉末
10、10a、10b、10c、10d、10e:壓電複合材料
20、20a、20b、20c、20d、20e:極化功能區
P1、P2:極化方向
12:熱塑性彈性體
圖1係本發明之壓電元件的製造方法之一實施例之步驟流程圖。
圖2係由壓電陶瓷粉末體積佔比50%與體積佔比50%熱塑性高分子材料(Thermoplastic elastomers；TPU)製成本發明之壓電複合材料之實施例之電子顯微鏡影像。
圖3係由壓電陶瓷粉末體積佔比60%與體積佔比40%熱塑性高分子材料(Thermoplastic elastomers；TPU)製成之本發明之壓電複合材料之電子顯微鏡影像。
圖4係本發明之壓電複合材料經厚度極化後形成本發明之壓電元件之矩陣式實施例之示意圖。
圖5係本發明之壓電複合材料經表面極化後形成本發明之壓電元件之一實施之示意圖。圖6係本發明之壓電複合材料經厚度極化後形成之本發明之壓電元件之環狀實施例之示意圖。
圖7係本發明之壓電複合材料經平面極化後形成之本發明之壓電元件之圓筒管狀實施例之示意圖。
圖8係用於觸感手套之本發明之壓電元件之一實施例之示意圖。
圖9係用於智慧衣之本發明之壓電元件之一實施例之示意圖。
步驟S1至步驟S3

Claims (15)

  1. 一種壓電元件，包括一壓電複合材料與至少一極化功能區，其特徵在於：該壓電複合材料由壓電陶瓷粉末及熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers；TPE)組成，其中該壓電陶瓷粉末與該熱塑性彈性體經一混煉程序形成一壓電混合胚料，且該壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成該壓電複合材料，對該壓電複合材料進行厚度極化(thickness poling)或表面極化(surface poling)以產生該至少一極化功能區，其中該壓電陶瓷粉末的體積比為40%至80%，其中在該混煉程序中不添加一化學溶液或一界面活性劑，該壓電陶瓷粉末與該熱塑性高分子材料僅進行物理摻合。
  2. 如請求項1所述之壓電元件，其中該熱塑性彈性體為發泡棉。
  3. 如請求項2所述之壓電元件，其中該熱塑性彈性體為熱塑性高分子材料(THERMOPLASTIC POLYURETHANE；TPU)。
  4. 如請求項2或請求項3任一項所述之壓電元件，其中該發泡棉沒有經過發泡的程序。
  5. 如請求項1至請求項3任一項所述之壓電元件，其中該壓電陶瓷粉末之粒徑為1μm至20μm。
  6. 如請求項1至請求項3任一項所述之壓電元件，其中該壓電陶瓷粉末與該熱塑性彈性體重量比例為0.3：1至3：1。
  7. 如請求項1至請求項3任一項所述之壓電元件，其中該至少一極化功能區為複數極化功能區。
  8. 一種穿戴物品，包括如請求項1至請求項3任一項所述之壓電元件，其中該至少一極化功能區為複數極化功能區。
  9. 一種壓電元件的製造方法，用於製造一壓電元件，該壓電元件包括一壓電複合材料與至少一極化功能區，該壓電元件的製造方法包括下列步驟：於混煉程序中混合壓電陶瓷粉末與熱熔液化之一熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomers；TPE)以形成一壓電混合胚料，其中該壓電陶瓷粉末的體積比為40%至80%，其中在該混煉程序中不添加一化學溶液或一界面活性劑，該壓電陶瓷粉末與該熱塑性高分子材料僅進行物理摻合；該壓電混合胚料經射出與熱塑程序後形成該壓電複合材料；以及對該壓電複合材料進行厚度極化(thickness poling)或表面極化(surface poling)以產生該至少一極化功能區而生成該壓電元件。
  10. 如請求項9所述之壓電元件的製造方法，其中該熱塑性彈性體為發泡棉。
  11. 如請求項10所述之壓電元件的製造方法，其中該熱塑性彈性體為熱塑性高分子材料(THERMOPLASTIC POLYURETHANE；TPU)。
  12. 如請求項10或請求項11任一項所述之壓電元件的製造方法，其中該發泡棉沒有經過發泡的程序。
  13. 如請求項9至請求項11任一項所述之壓電元件的製造方法，其中該壓電陶瓷粉末之粒徑為1μm至20μm。
  14. 如請求項9至請求項11任一項所述之壓電元件的製造方法，其中該壓電陶瓷粉末與該熱塑性彈性體重量比例為0.3：1至3：1。
  15. 如請求項9至請求項11任一項所述之壓電元件的製造方法，其中該至少一極化功能區為複數極化功能區。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7834527B2 (en) * 2005-05-05 2010-11-16 SmartMotion Technologies, Inc. Dielectric elastomer fiber transducers
CN105470381A (zh) * 2016-01-11 2016-04-06 京东方科技集团股份有限公司 一种发电结构及其制备方法、电子设备
CN109997238A (zh) * 2016-10-12 2019-07-09 Ntn株式会社 压电元件及其制造方法
CN110199399A (zh) * 2016-12-20 2019-09-03 米其林集团总公司 包括柔性基体的压电复合材料
CN117158132A (zh) * 2021-03-30 2023-12-01 Sabic环球技术有限责任公司 具有经涂覆压电填料的压电复合物

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7834527B2 (en) * 2005-05-05 2010-11-16 SmartMotion Technologies, Inc. Dielectric elastomer fiber transducers
CN105470381A (zh) * 2016-01-11 2016-04-06 京东方科技集团股份有限公司 一种发电结构及其制备方法、电子设备
CN109997238A (zh) * 2016-10-12 2019-07-09 Ntn株式会社 压电元件及其制造方法
CN110199399A (zh) * 2016-12-20 2019-09-03 米其林集团总公司 包括柔性基体的压电复合材料
CN117158132A (zh) * 2021-03-30 2023-12-01 Sabic环球技术有限责任公司 具有经涂覆压电填料的压电复合物

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