Piezotech 壓電薄膜技術資料
來源：未知日期：2019/05/29 11:45 瀏覽：
1. 壓電與熱電效應
自1880年居禮兄弟(Jacques 與 Pierre Currie)從簡單不對稱的晶體發現壓電效應，引起大量關注與討論。「壓電」一詞源於希臘語，具有壓力的涵義。當某些特定材料受機械應力作用時，會在其表面產生與應力成等比例之電荷，相反地，當這些材料被施加電位差時，則發生機械形變，稱此效應為壓電效應。相似地，當材料的溫度改變時，會在其端子產生電位差，稱此效應為熱電效應。在應用方面，常以石英和一些陶瓷材料小表面積及高剛性的優點，廣泛地利用其壓電及熱電效應製作機械與聽覺傳感器。
2. 壓電薄膜
1969 年，Kawai 發現聚偏二氟乙烯(PVDF)具顯著的壓電效應，此材料為最被廣泛研究及應用的壓電聚合物，然而直到 1981 年市場上才出現商業化生產的壓電薄膜。當這些薄膜被外部施加電場時，極性聚合物(如PVDF)的分子偶極子會沿相同方向排列，並獲得壓電性，此一現象稱為極化。該極化現象主要受高分子鏈的空間排列所影響，再來則是電荷輸入的影響。
3. 壓電薄膜之特性
壓電薄膜的壓電特性主要由機械能與電能之間的比例係數決定，壓電常數“d”主要是利用 1Newton/m²的應力施加在薄膜表面，於薄膜厚度方向上的出現的表面電荷密度(Coulomb/m²)來測得。
● 面外的厚度方向: d 33
● 面內縱向: d 31
● 面內橫向: d 32
由上述第一種情況，若薄膜在平面的面內方向皆不能自由變形，則該壓電常數稱d33* or dT，單位為庫侖/牛頓(C/N)。若能量測每單位應力下的電場變化，則能獲得係數“g”，其與壓電常數d、介電係數ε的關係可表示為g=d/ε，單位為(V.m/N)。在機電轉換器的設計中，常數“d”與 “g”最為廣泛使用。而壓電薄膜的機電轉換效率百分比由機電耦合係數KT表示:
熱電常數“ρ”則被定義為當薄膜升高1度K時的表面電荷密度，單位為(C/m²K)，常用以設計熱傳感器。而壓電薄膜的特性主要取決於其機械特性，包含彈性模數、阻抗值以及斷裂伸長率。
4. PVDF 壓電薄膜與積材 之特性
● 可撓性 (可應用於非水平表面)
● 機械強度高
● 尺寸穩定性
● 面內方向的均衡壓電效應
● 高而穩定的壓電係數
● 惰性化學特性
● 可連續極化至成卷的長度
● 厚度介於9µm 至 1mm
● 聲阻抗跟水相近
本公司生產之壓電薄膜與薄板的單向、雙向特性將由下表顯示，可根據不同的應用範疇，將這些薄膜與薄板塗上不同的金屬層。
5. PVDF壓電薄膜之特性
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
(2): 過度加熱可能會破壞壓電性，建議避免於90°C以上加熱超過1小時。
6. 單向PVDF壓電積材之特性
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
7. 應用領域
由實驗量測結果顯示，PVDF壓電薄膜於各領域的應用及開發具備良好適應性及前瞻性。
7.1應用範例
7.2各類壓電薄膜之材料特性
PVDF單向薄膜 – 25 µm (1)
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
PVDF 雙向薄膜 – 9 µm ( 1 )
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
P(VDF-TrFE) 共聚物 70/30 薄膜 – 20 µm ( 1 )
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
P(VDF-TrFE) 共聚物 75/25 薄膜 – 20 µm ( 1 )
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
P(VDF-TrFE) 共聚物 80/20 薄膜– 20 µm (1)
(1): 以上指標性常數值會因加工處理製程情形(退火與極化)以及溫度而異
