前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論

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目錄

隨著市場的需求，軟性複合材料已經變成一個具有吸引力的研究主題。複合材料是將兩種或兩種以上不同性質的材料，經過階段性的加工過程所得到的材料，去彌補單一材料所欠缺特性。

本研究使用鈦酸鋇，是屬於鈣鈦礦結構，也是最早發現的無機材料之一，晶體構造容易和其他氧化物形成固溶體，且具有壓電、鐵電、正溫度係數、介電等特性。在和熱塑性高分子聚醚醯亞胺(PEI) ，其分子結構的醚 (ether) 可增加材料的撓曲性，此基板具有高介電及可撓曲兩種特性。

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前言

前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論

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目錄

鈦酸鋇結構 聚醚醯亞胺 矽烷偶合劑 介電常數

理論分析

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鈦酸鋇結構

圖 1 鈦酸鋇晶體結構圖

鈦酸鋇 (BaTiO3) 具有非中心對稱鈣鈦礦結構，期中 Ba2+ 離子與 O2−

共同組成面心結構，而如 Ti4+ 離子則位於氧離子所構成的八面體的位置。

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鈦酸鋇結構

圖 2 鈦酸鋇晶體隨著溫度變化圖

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圖 3 鈦酸鋇相對溫度變化介電常數

鈦酸鋇結構

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聚醚醯亞胺

圖 4 聚醚醯亞胺結構式

聚醚醯亞胺有較好的耐溶劑性，其分子結構中的醚 ( - o - ) 可以增加材料中的撓曲性。 密度為 1.28/cm3 ，玻璃相轉換溫度大約介於 205-225 oC ，可承受較高溫度製作。

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矽烷偶合劑

矽烷偶合劑作用是改善有機與無機材料作結合而使用的東西。特徵分為 : 加水分解性基與有機官能基。加水分解性基可以吸取溶液中，空氣中或無機質表面上的水份而進行水分解成為活性的 Si-OH 基。有機官能基可使有機材料，無機材料做強而有力的結合。

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矽烷偶合劑

圖 5 矽烷偶合劑表面改質作用圖

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介電常數電容值大小與材料形狀大小和介電特性所決定的。

將一個兩片平行面積為 A ，兩平行板間距為 d 的金屬板，此電容器會電電容值 C0:

]d

A[εC 00

ε0 為真空電容值在金屬板中放入一種 ε 介電材料，則電容 C: ]

d

Aε[C

所以相對介電常數εr:

r00

εε

ε

C

C

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介電常數

圖 6 外加電場電容器中電荷分離示意圖

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目錄 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論

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實驗步驟

鈦酸鋇粉末製作流程

BT/PEI 基板製作流程

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A: (CH3COO)2Ba B: CH3COOH

莫耳比 A:B = 1:20

120oC 混合30min

回流20min C: 1.3-Propandiol莫耳比 A:C = 1:5

120oC 混合30min

回流 D: Titanium (IV) isopropoxide

120oC 混合

20min莫耳比 A:D = 1:1

烘烤 120oC研磨

煆燒 1100oC

BaTiO3 陶瓷粉末研磨

400 目篩粉

24hr

1hr

鈦酸鋇粉末製作流程

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BT/PEI基板製作流程PEI DMAC SiH4

80oC 混合 1.5hr

冷卻 30min

混合 15hr 以上

成 BT/PEI 膠體狀

高壓 20Sec

BT/PEI 複合軟板

倒入 BaTiO3

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目錄 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論

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結果與討論 BT/PEI 基板之 XRD BT/PEI 基板之 SEM 介電常數 介電損失

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BT/PEI 基板之 XRD

圖 7 鈦酸鋇相對溫度變化介電常數

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10% 正面 10% 反面

BT/PEI 基板之 SEM

圖 8 BT10% - PEI

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BT/PEI 基板之 SEM

20% 正面 20% 反面

圖 9 BT20% - PEI

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30% 正面 30% 反面

BT/PEI 基板之 SEM

圖 10 BT30% - PEI

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BT/PEI 基板之 SEM

40% 正面 40% 反面

圖 11 BT40% - PEI

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50% 正面 50% 反面

BT/PEI 基板之 SEM

圖 12 BT50% - PEI

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60% 正面 60% 反面

BT/PEI 基板之 SEM

圖 13 BT60% - PEI

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70% 正面 70% 反面

BT/PEI 基板之 SEM

圖 14 BT70% - PEI

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BT/PEI基板之介電常數

圖 15 不同比例粉末與頻率介電損失關係圖

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BT/PEI基板之介電損失

圖 16 不同比例粉末與頻率介電常數關係圖

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目錄 前言 理論分析 實驗步驟 結果與討論 結論

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結論 本研究採用溶膠凝膠法製備的鈦酸鋇粉末，再與聚醚醯亞胺和矽烷偶合劑作混合，經過一定時間攪拌後出現的半成品，再用壓力機進行高壓後就形成鈦酸鋇 / 高分子基板。

由 XRD 圖觀察，粉末 10%~70%都有呈現鈣鈦礦晶相，沒有因為比例不同晶相隨著變化。 由 SEM 圖可以看出 10%~40% 粉末均勻混在 PEI 中，但 50%~70% 粉末呈現龜裂，顆粒團聚越明顯。粉末 40% 介電常數可以達到 10 ，粉末 70% 可以達到 25 ，由於粉末 70% ，龜裂現象嚴重，所以介電損失跟著提高。