臺灣博碩士論文加值系統

本研究分別採用拌製及壓製兩種製程方式將鋯鈦酸鉛(PZT)和水泥結合成0-3型水泥基壓電複合材料，利用顯微方式進行微觀結構分析，再進行試體極化實驗。試體極化時考慮養護條件、試體厚度、極化時間、極化電壓及體積含量等變數條件，在極化後24小時量得試體的壓電性質，成功的建立台灣研究0-3型水泥基壓電複合材料的本土技術。
實驗結果顯示，不同養護條件下，低溫養護試體的壓電性質較不明顯。不同試體厚度進行試體極化，齡期28天PZT含量50%的水泥基壓電複合材料，厚度在1.4mm以下時，試體在矽油槽中會開始分解，表示試體膠結的情形不佳，無法順利的完成極化試驗。極化電壓1.33kV/mm，極化時間在20分鐘及30分鐘時壓電性質會達到穩定，極化時間若拉長則壓電性質會下降。極化時間30分鐘時，極化電壓在1.33kV/mm時試體的壓電性質最好，超過2.0kV/mm時試體會變成不穩定，擊穿的現象會開始增加。PZT含量20%的試體在1.0kV/mm時極化20分鐘時便能夠產生壓電性質，壓電性質亦會隨著PZT含量增加而增加。拌合製作在水灰比0.5強塑劑為水泥重量1%的固定條件下，能將50%PZT體積含量拌入水泥當中。在不同製程下體積含量50%的拌製試體的壓電性質較好，但若考慮到製程技術以及極化條件，壓力製作的試體較適合0-3型水泥基壓電複合材料的發展。

In this work, the 0-3 type PZT cement-based composite consists of PZT and cement binder by using blending method and pressure method, respectively. When PZT cement-based composite is uniform confirmed by SEM, and then, the material is poled. After poling, piezoelectric properties of composite the composite are measured 24 hours later. Material variables include curing conditions, thickness of specimen poling time, poling voltage and volume fraction of PZT respectively.
Results show that piezoelectric properties of PZT composite in curing under room temperature are unobvious. The 50% PZT specimen at the age of 28 days with the thickness less than 1.4mm is easy to decompose in silicone oil bath causing the fail of the polarization because of the weakness of the binder. Piezoelectric properties at the poling time within 20 to 30 minutes are optimum, after that, the properties become worse. Under poling time 30 minutes, the piezoelectric properties is better at 1.33kV/mm poling field, but the specimen is destroyed over 2.0kV/mm. 20% PZT cement-based composite volume at 1.0kV/mm under 20 minutes can have the piezoelectric properties, and the piezoelectric properties enhanced with increasing PZT contents. Piezoelectric properties made by blending method are better than those did by pressure method. However, by considering the fabrication technoques and poling conditions, the pressure method is recommended to use in the 0-3 type PZT/cement composites.

中文摘要 I
英文摘要 II
誌 謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1.1、研究動機 1
1.2、研究目的 2
1.3、研究方法 2
1.4、研究流程圖 4
第二章 文獻回顧 5
2.1、壓電材料 5
2.2、壓電材料的特性 5
2.3、壓電複合材料 6
2.4、2-2型水泥基壓電複合材料 7
2.4.1、促動器效應 7
2.4.2、感應器效應 7
2.5、0-3型水泥基壓電複合材料 7
2.5.1、0-3型水泥基壓電複合材料拌製方法研究 8
2-5-2、0-3型水泥基壓電複合材料壓製研究 9
2-5-3、極化0-3型水泥基壓電複合材料 10
2.6、壓電的應用 11
第三章 介質理論模擬水泥基壓電複合材料壓電行為 30
3.1、Eshelby等值原理 30
3.2、介質理論分析0-3型水泥基壓電複合材料行為 33
第四章 實驗計畫 43
4.1、實驗目的 43
4.2、實驗材料 43
4.3、實驗變數 43
4.4、試體設備 44
4.5、試體製作 45
4.5.1、拌製試體製作 46
4.5.2、壓製試體製作 46
4.6、極化方式 47
4.7、微觀結構 47
4.8、實驗數據分析 48
第五章 試驗結果與討論 66
5.1、拌合條件 66
5.2、微觀分析 66
5.3、養護條件 67
5.4、厚度影響 68
5.5、極化電壓影響 68
5.6、極化時間影響 70
5.7、體積含量 71
5.8、拌合製作與壓電性質 73
5.9、理論模擬比對 75
5.10、製程技術整合 76
第六章 結論與建議 120
6.1、結論 120
6.2、建議 121
參考文獻 122
附錄 124
口試照片 127
作者簡歷 128

1.Huang, S., Ye, Z., Hu, Y., Chang, J., Lu, L. and Cheng, X., 2007, “Effect of forming pressures on electric properties of piezoelectric ceramic sulphoaluminate cement composites”, Composites science and technology, vol.67, pp. 135-139.
2.張東, 吳科如, 李宗津, 2002, “0-3型水泥基壓電機敏複合材料的制備與性能”, 硅酸鹽學報, 第30卷, 第2期, pp. 161-166.
3.Li, Z., Dong, B. and Zhang, D., 2005, “Influence of polarization on properties of 0-3cement-based PZT composites”, Cement & concrete composite, vol.27, pp. 27-32.
4.Huang, S., Chang, J., Lu L., Liu, F., Ye, Z. and Cheng, X., 2006, “Preparation and polarization of 0–3 cement based piezoelectric composites”, Materials research bulletin, vol.41, pp. 291-297.
5.Dong, B. and Li, Z., 2005, “Cement-based piezoelectric ceramic smart composites”, Composires science and technology, vol.65, pp. 1363-1371.
6.林靜儀，2004，Pb(Sb1/2Nb1/2)O3-PbZrO3-PbTi3壓電性質之研究，大同大學，碩士論文。
7.孫謀正，2006，微觀力學分析水泥基壓電複合材料行為，國立高雄應用科技大學，碩士論文。
8.池田拓郎，1997，基本壓電材料學，陳世春 譯，復漢社出版。
9.吳朗，1994，電子陶瓷-壓電，全欣資訊圖書股份有限公司，台北。
10.周卓明，2003，壓電力學，初版，全華科技圖書股份有限公司，台北。
11.Li, Z., Zhang, D. and Wu, K., 2001, “Cement matrix 2-2 piezoelectric composite – Part1. Sensory effect”, Materials and structures, vol.34, pp. 506-512.
12.Xu, D., Cheng, X., Huang, S. and Jiang, M., 2009, “Electromechanical properties of 2-2 cement based piezoelectric composite”, Current applied physics, vol.9, pp. 816-819.
13.張東，吳科如，李宗津，2002， “2-2型水泥基壓電機敏複合材料的研製”，混凝土材料研究國家重點實驗室，第24卷，第3期，頁218-220。
14.Zhang, D., Li, Z. and Wu, K., 2002, “2-2 Piezoelectric cement matrix composite:PartII. Actuator effect”, Cement and concrete Research, vol.32, pp. 525-530.
15.張東，吳科如，李宗津，2002，“水泥基壓電機敏複合材料的可行性分析和研究”，建築材料學報，第五卷，第2期，頁141-146。
16.Chaipanich, A., 2007, “Effect of PZT particle size on dielectric and piezoelectric properties of PZT–cement composites”, Current applied physics, vol.7, pp. 574-577.
17.Li, Z., Gong, H. and Zhang, Y., “Fabrication and piezoelectricity of 0-3 cement based composite with nano-PZT powder”, Current applied physics, vol.9, pp. 588-591.
18.Chaipanich, A. and Tunkasiri, T., 2007, “Microstructure and properties of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–Portland cement composites”, Current applied physics, vol.7, pp. 285-288.
19.Chaipanich, A., 2007, “Dielectric and piezoelectric properties of PZT–silica fume cement composites”, Current applied physics, vol.7, pp. 532-536.
20.Chaipanich, A.and Jaitanong, N. and Tunkasiri, T.,2007, “Fabrication and properties of PZT–ordinary Portland cement composites”, Materials letters, vol.61, pp. 5206-5208
21.Dong, B., Xing, F. and Li, Z., 2007, “The study of poling behavior and modeling of cement-based piezoelectric ceramic composites”, Materials science and engineering a, vol.456, pp. 317-322.
22.汪建民，1994，陶瓷技術手冊”,中華民國產業科技發展協進會，台北。
23.Wang, Q., Liu, J., Zhu, J., Ye, Y., Li, X. and Chen, Z., 2008, “Piezoelectric and bonding properties of a cement-based composite for dental application”, Applied surface science, vol.255, pp. 574-576.
24.Chaipanich, A. and Jaitanong, N., 2008. “Effect of Poling Time on Piezoelectric Properties of 0-3 PZT-Portland Cement Composites”, Ferroelectric letters, vol.35, pp. 73-78.
25.Cheng, X., Huang, S., Chang, J., Xu, R., Liu, F. and Lu, L., 2005, “Piezoelectric and dielectric properties of piezoelectric ceramic-sulphoaluminate cement composites”, Journal of the European ceramic society, vol.25, pp. 3223-3228.
26.Eshelby, J. D., 1957, “The Determination of Elastic Field of an Ellipsoial Inclusion,and Relation Problem”, Proceedings of the royal society, london, vol.241 , pp. 376-396.
27.Mori, T. and Tanaka, K., 1973, “Average Stress in the Matrix and Average ElasticEnergy of Material with Misfitting Inclusions”, Acta metallurgca, vol.21, PP. 571-574.
28.Somayaji, 2002，土木材料， 湯兆緯，陳冠宏，張朝順 譯，高立圖書有限公司，台北。
29.蔡億達，2003，PZT:NB陶瓷之製作及其在表面聲波濾波器的應用，國立成功大學，碩士論文。
30.Jaitanong, N., Chaipanich, A. and Tunkasiri T, 2008, “Properties 0-3 PZT-Portland cement composites”, Ceramics international, vol.34, pp. 793-795.
31.蔡偉隆， 2005，介質理論模擬水泥基複合材料長齡期應力-應變行為，國立高雄應用科技大學，碩士論文。