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透明電極與聚偏二氟乙烯添加鋯鈦酸鉛奈米陶瓷於可撓性元件之研究

為了解決G058的問題，作者游智傑 這樣論述：

近年可撓式以及透明之感測元件應用越來越廣，因此，本研究以透明導電薄膜AZO，搭配PVDF鐵電高分子披覆之PET可撓式基板，製作可撓式透明感測元件，並研究其鐵電、壓電、介電及可見光穿透性。 本研究利用雙靶材共濺鍍系統，成功鍍製AZO薄膜，並於研究中發現AZO薄膜中，Al3+離子之濃度為2 wt%時，可得電阻率最低之薄膜，本文並研究基板溫度及工作壓力對薄膜之結晶性與表面微觀結構之影響，當基板溫度達500 ℃時，因濺鍍出之物種帶有較高能量，有利於雜質佔據晶格位置，已貢獻更多電荷載子，因此電阻率可達1×10-3 Ω-cm，且工作壓力2×10-3 Torr時，因氣体平均自由路徑較長，降低物種與氣

體分子之碰撞機率，使物種帶有更大動能並撞擊薄膜表面，將不致密之顆粒撞擊脫付，結晶度提升使室溫下鍍製之AZO薄膜，電阻率為5×10-3Ω-cm。因高分子之分子鏈於薄膜中糾結，造成偶極矩轉向不易而降低鐵電、壓電及介電等特性，因此本文利用二氧化碳雷射低溫退火處理，將PVDF薄膜表面瞬間熔融再固化結晶，以提高PVDF之結晶性，量測結果顯示，隨雷射退火能量密度提高，薄膜結晶性也相對提升，使鐵電特性提升，但薄膜微觀結構形成為孔洞之多孔性結構，使漏電流特性下降至2×10-6 A/cm2，不利於元件應用。為改善元件特性，學者以固態氧化物法製作PZT粉末並添加入PVDF溶液中，鍍製薄帶(tape)，結果顯示其鐵

電特性及介電特性提升，但因粒徑大，造成表面粗糙度不佳以及厚度較厚，因此，本文以溶膠凝膠法(Sol-Gel Method)配製PZT先驅溶液再以後處理製程製做粒徑為50~100 nm之奈米粉末，達成降低膜厚及表面粗糙度佳之薄膜，研究結果顯示，當PZT添加量為20 wt%時，鐵電特性達15 μC/cm2，介電常數達1450，但極化後之薄膜仍量測不出壓電特性，其原因為PVDF與PZT具有差異大之聲阻抗，造成波動能量於0-3連結之膜中傳遞時損失，為改善此現象，應從結構或極化方式進行，如將連結方式改為1-3。本文以改良式極化手法-液態極化製程，對PVDF進行極化，研究結果顯示，膜之結晶性提升，使鐵電與壓

電特性獲得改良，在未添加PZT奈米粉之膜所測得之鐵電特性達15 μC/cm2，交流阻抗分析測得之Kp達0.2，本文並利用SEM觀察其液態極化製程提升PVDF結晶性之機構，發現其析出之初期具有短程方向性，為纖維狀之結構，當厚度增加後，膜之表面仍可觀察到針尖狀結晶，因此，結晶性提升造成鐵電及壓電特性提升。