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研究生:楊長庭
研究生(外文):Yang Chang-Ting
論文名稱:PEDOT:PSS-AlN增強水溶性高分子複合材料之熱傳導與介電性質研究
論文名稱(外文):Thermal conductivity and Dielectric properties of the PEDOT:PSS-AlN fillers reinforced Water-soluble polymers composites
指導教授:韓于凱
指導教授(外文):Han Yu-Kai
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:101
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:高分子基材複合材料(PMCs)水溶性聚氨脂聚醋酸乙烯脂PEDOT:PSS氮化鋁熱傳導係數介電性質
外文關鍵詞:Polymer matrix composites (PMCs)Water-solublePUPVAcPEDOT:PSSAluminum nitrideThermal conductivityDielectric property
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隨著微電子設備趨向小型化發展,且其功率也不斷上升,散熱問題對於元件的性能、可靠度具有關鍵性的影響。對於現今大多數的微電子設備而言,其冷卻問題往往會被低熱傳導係數 (0.10~ 0.25 W/mK)的封裝材料與介電材料所限制住。因此本研究的目的即製備出高熱傳導係數以及良好介電性質之高分子複合材料。本論文主要分為兩個部份: Part A和Part B。
Part A:以水溶性聚氨脂 (PU) 做為基材,氮化鋁、水溶性PEDOT:PSS做為填充材,藉以添加不同比例含量的填充材與基材進行混摻,此PU複合材料之相成份,顯微結構,熱穩定性,熱傳導係數,介電性質和體積電阻率,可分別經由傅立葉轉換紅外線光譜儀 (FT-IR),X光繞射儀 (XRD),場發射型掃瞄式電子顯微鏡 (FE-SEM),熱重分析儀(TGA),光學熱傳導分析儀 (OTA),阻抗分析儀 (IA),進行觀察與分析。
Part B:以水溶性聚醋酸乙烯脂 (PVAc) 做為基材,氮化鋁、水溶性PEDOT:PSS做為填充材,藉以添加不同比例含量的填充材與基材進行混摻,此PVAc複合材料之相成份,顯微結構,熱穩定性,熱傳導係數,介電性質和體積電阻率,可分別經由FT-IR,XRD,FE-SEM,TGA,OTA,IA,進行觀察與分析。
實驗結果顯示PU與PVAc兩複合材料之熱傳導係數與熱穩定性,均能隨著氮化鋁添加量的增加而獲得改善。適量的氮化鋁粒子,可以在高分子基材裡形成一連續分散相,也是主導熱傳導路徑的關鍵角色。藉由添加0~50wt% 氮化鋁含量,PU複合材料的熱傳導係數可從0.209 提升至 0.476 W/mK。此外,再添加0.5wt% PEDOT:PSS後,其熱傳導係數更可達到0.764 W/mK。
在介電性質部份,當添加PEDOT:PSS於兩複合材料後,均會有顯著的影響,介電常數與介電損失皆會隨著PEDOT:PSS添加含量的增加而上升,因添加PEDOT:PSS後,會產生空間電荷極化與電導損耗,因此這也是使得介電性質有明顯變化之主因。另一方面,我們也發現藉由添加PEDOT:PSS可以調控其介電性質,當PEDOT:PSS含量為0~3wt%時,PU複合材料的介電常數可從7.58 增加至 400 / 10 KHz,這也意謂著可以適用於電子封裝、介電材料與嵌入式被動元件電容器。
With further miniaturization and increasing power of microelectronics, heat dissipation has become a critical consideration to their performance and reliability. For most modern microelectronic devices, cooling is restricted by the low thermal conductivity of the polymeric packaging and dielectric materials (i.e., 0.10~0.25 W/mK). Hence, the aim of the present study is to prepare a high thermal conductivity polymer composite with better dielectric properties. This thesis is mainly divided into two parts:Part A and Part B.
Part A:Water-soluble Polyurethane (PU) as a matrix, Aluminum nitride (AlN), Water-soluble Poly (3,4-ethylenedioxythiophene):Poly- (styrenesulfonic) (PEDOT:PSS) as a fillers blended in different content. The composition of the PU based composites microstructure, thermal stability, thermal conductivity, dielectric properties and volume resistivity were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), X-ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Thermogravimetric Analyzer (TGA), Optical Thermal Analyzer (OTA), Impedance Analyzer (IA), respectively.
Part B:Water-soluble Polyvinyl acetate (PVAc) as a matrix, AlN, PEDOT:PSS as a fillers blended in different content.
The composition of the PVAc based composites microstructure, thermal stability, thermal conductivity, dielectric properties and volume resistivity were characterized by FT-IR, XRD, FE-SEM, TGA, OTA, IA, respectively.
Experimental results demonstrated that the thermal conductivity, thermal stability PU and PVAc composites were increased with increasing AlN content. With proper fabrication, the AlN particles could form a continuous dispersion that acted as the dominant thermally conductive pathway through the polymer matrix. By adding 0~50wt% AlN filler particles, the PU composites thermal conductivity was increased from 0.209 to 0.476 W/mK. Also, the composites thermal conductivity was further enhanced to 0.764 W/mK by added 0.5wt% PEDOT:PSS content. The dielectric properties were significantly influenced by PEDOT:PSS content. The dielectric constant and dielectric loss were both increased by adding PEDOT:PSS, since it can produce the space charge polarization and conductance loss. On the other hand, we also found that the dielectric properties could be adjusted by PEDOT:PSS. The dielectric constant of PU based composites was increased from 7.58 to 400 / 10 KHz by adding 0~3 wt% PEDOT:PSS, which is suitable for packaging, dielectric materials and embedded passive components capacitors.
摘要 i
Abstract iii
誌謝 v
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3基礎理論與文獻回顧 5
1.3.1 LED散熱問題 5
1.3.2 相關研究文獻 9
1.3.3 水溶性PU 10
1.3.4 水溶性PEDOT:PSS 12
1.3.5 水溶性PVAc 13
1.3.6 氮化鋁 (Aluminum nitride;AlN) 14
1.3.7 熱傳導理論 16
1.3.8 三種型態之熱傳導 17
1.3.9 傳導 17
1.3.10 對流 21
1.3.11 輻射 22
1.3.12 介電理論 (介電特性與極化現象) 23
1.3.13 極化的機制 25
1.3.14 介電材料之應用 30
第二章 實驗方法 32
2.1 實驗材料 32
2.2 實驗流程 35
2.3 分析儀器 38
2.3.1 傅立葉轉換紅外線光譜儀 ( Fourier Transform Infrared Spectroscopy;FT-IR / ATR) 38
2.3.2 X光繞射儀 (X-ray Diffraction;XRD) 38
2.3.3 場發射型掃瞄式電子顯微鏡 (Field Emission Scanning Electron Microscopy;FE-SEM) 39
2.3.4 熱重分析儀 (Thermogravimetric Analyzer;TGA) 40
2.3.5 光學熱傳導分析儀 (Optical Thermal Analyzer;OTA) 40
2.3.6 阻抗分析儀 (Impedance Analyzer;IA) 41
第三章 結果與討論 42
3.1 PEDOT:PSS與AlN添加至PU之結構鑑定 42
3.1.1 FT-IR分析 42
3.1.2 XRD分析 45
3.2 PEDOT:PSS與AlN添加至PU之顯微結構分析 47
3.2.1 FE-SEM分析 47
3.3 PEDOT:PSS與AlN添加至PU之熱性質分析 48
3.3.1 TGA分析 48
3.3.2 熱傳導係數分析 51
3.4 PEDOT:PSS與AlN添加至PU之電性分析 56
3.4.1 AlN添加至PU之介電性質分析 56
3.4.2 PEDOT:PSS與AlN添加至PU之介電性質分析 59
3.4.3 PEDOT:PSS與AlN添加至PU之體積電阻率分析 63
3.5 PEDOT:PSS與AlN添加至PVAc之結構鑑定 65
3.5.1 FT-IR分析 65
3.5.2 XRD分析 66
3.6 PEDOT:PSS與AlN添加至PVAc之顯微結構分析 68
3.6.1 FE-SEM分析 68
3.7 PEDOT:PSS與AlN添加至PVAc之熱性質分析 69
3.7.1 TGA分析 69
3.7.2熱傳導係數分析 71
3.8 PEDOT:PSS與AlN添加至PVAc之電性分析 76
3.8.1 PEDOT:PSS與AlN添加至PVAc之介電性質分析 76
3.8.2 PEDOT:PSS與AlN添加至PVAc之體積電阻率分析 80
第四章 結論 82
第五章 參考文獻 83
自傳 88
1.杜祥光,“氮化鋁填充高導熱複合材料之開發研究”,2004,成功大學,碩士論文。
2.G. R. Nasr, M. M. Badawy, Polym. Degrad. Stabil., 47 (1995) 391-
395.
3.A. S. Luyt, J. A. Molefi, H. Krump, Polym. Degrad., Stabil. 91
(2006) 1629-1636.
4.J. W. Gu, Q. Y. Zhang, J. Dang, Polym. Eng. Sci., 49 (2009) 1030-
1034.
5.W. Y. Zhou, S. H. Qi, Q. L. An, Mater. Res. Bull., 42 (2007) 1863-
1873.
6.H. He, R. L. Fu, Y. Shen, Compos. Sci. Technol., 67 (2007) 2493-
2499.
7.S. Z. Yu, P. Hing, X. Hu, Comp. A, 33 (2002) 289-292.
8.G. W. Lee, P. Min, J. Kim, Comp. A, 34 (2005) 1-8.
9.J. W. Bae, W. Kim, S. H. Cho, J. Mater. Sci., 35 (2000) 5907-5913.
10.F. L. Riley, J. Am. Ceram. Soc., 83 (2000) 245-265.
11.W. Y. Zhou, C. F. Cai, T. Ai, Comp. A, 40 (2009) 830-836.
12.L. M. McGrath, R. S. Parnas, S. H. King, Polymer., 49 (2008) 999-
1014.
13.W. Y. Zhou, D. M. Yu, C. Min, J. Appl. Polym. Sci., 112 (2009)
1695-703.
14.T. Zhou, X. Wang, M. Y. Gu, X. H. Liu, Polymer., 49 (2008) 4666-
4667.
15.W. Nhuapeng, W. Thamjaree, et al., Curr. Appl. Phys., 8 (2008)
295-299.
16.Z. L. Wang, Q. Luo, L. W. Liu, Diam. Relat. Mater., 15 (2006) 659-
663.
17.I. Krupa, I. Novak, I. Chodak, Synth. Metals., 145(2-3) (2004)
245-252.
18.W.Y. Zhou, S. H. Qi, C. C. Tu, J. Appl. Polym. Sci., 104(4)
(2007) 2478-2483.
19.W. Y. Zhou, C. F. Wang, T. Ai, Comp. A, 40 (2009) 830-836.
20.黃振東,“HB LED散熱基板之發展現況及趨勢”,工業技術研究院,材料與化工研究
所。
21.廖如仕,“高功率LED基板用導熱介電絕緣材料”,工業技術研究院,材料與化工研究
所。
22.W. Y. Zhou, S. H. Qi, Q. L. An, H. Z. Zhao, N. L. Liu, Mater.
Resear. Bullet., 42 (2007) 1683-1873.
23.W. Y. Zhou, C. F. Wang, T. Ai, K. Wu, F. G. Zhao, H. Z. Gu, Comp.
A, 40 (2009) 830-836.
24.W. Y. Peng, X. G. Huang, J. H. Yu, P. K. Jiang, W. H. Liu, Comp.
A, 41 (2010) 1201-1209.
25.W.Y. Zhou, Thermochim. Acta., 512 (2011) 183-188.
26.W. Y. Zhou, J. Zuo, W. Ren, Comp. A, 43 (2012) 658-664.
27.蔡宗志,“雙胺鏈延長劑長度對陰離子水性PU的影響”,2011,中央大學,碩士論
文。
28.邱榮裕,王權泉,“水性PU/奈米二氧化矽複合材料之製備及物性與透濕防水性之研
究”,華岡紡織期刊 第十三卷 第三期,2005,中國文化大學。
29.葉日豪,葉瑞銘,“聚氨基甲酸酯/黏土奈米複合材料之製備與性質研究”,2002,中
原大學,碩士論文。
30.潘信宇,“以PEDOT nanorods為介面緩衝層的高分子太陽能電池之研究”,2008,
中山大學,碩士論文。
31.J. Huang, P. F. Miller, J. C. de Mello, A. J. de Mello, D. D. C.
Bradley,Synth. Met., 139 (2003) 569-572.
32.J. C. Scott, J. H. Kaufman, P. J. Brock, R. DiPietro, J. Salem
and J. A.Goitia, J. Appl. Phys., 79 (1996) 2745-2751.
33.伍允瑄,李文昭,彭詩威,“PVAc-Silica-竹炭粉混成材料之製備及其性
質”2008,中興大學。
34.J. H. Edgar, W. J. Meng, Chapter 1-3 Crystal structure,
mechanical properties, thermal properties and refactive index of
Al, Properties of Group Ⅲ Nitrides, 1993.
35.P. K. Kuo, G. W. Auner, Z. L. Wu, Thin Solid Films., 253 (1994)
223-227.
36.E. Ruiz, S. Alvarez, P. Alemany, Phys. Rev. B., 49 (1994) 7115-
7123.
37.顏豐明,“高熱傳導率氮化鋁基板材料之簡介”,73 (1993) 45-46,材料與社會。
38.郭廣德,“酚醛樹脂發材料之隔熱性能研究”,2000,中央大學, 碩士論文。
39.黃昌偉,“陶瓷材料之熱性質分析,精密陶瓷特性及檢測分析”,P.10.1-10.54。
40.W. D. Callister, JR., Mater Scien and Engin an Introduction 4th
ed., (1999).
41.W. J. Kim, D. K. Kim, C. H. Kim, J. Mater. Synth. and
Process.,3 (1995) 39.
42.歐佩雯,“低溫燒結氮化鋁/玻璃複合材料之製程與性能研究”,2007,成功大學,碩
士論文。
43.高昇敬,“降低轎車後座底板溫度之研究”,2010,逢甲大學,碩士論文。
44.汪建民,“陶瓷技術手冊(上)”,1994,全華科技圖書股份有限公司。
45.黃彥霖,“射頻磁控濺鍍系統沉積鈦酸鋅薄膜之研究”,2009,屏東科技大學,碩士
論文。
46.A. K. Jonscher, Dielectric relaxation in solids, Chelsea
Dielectrics Press Ltd, 1983, London.
47.陳皇鈞,“陶瓷材料概論”,1988,曉園出版社。
48.V. B. Reddy, S. P. Goel, P. N. Mehrotra, Mater. Chem. Phys., Vol.
10, 1984, pp. 365-373.
49.王宏文,張光欽,“高分子-黏土奈米複合材料之合成及介電特性研究”,2004,中原
大學,碩士論文。
50.C. G. Koops, Phys. Rev., Vol. 83, 1951, pp. 121-124.
51.樂文禮,“聚醯亞胺奈米矽氧烷複合材料選擇性封裝之研究”, 2002,成功大學,碩
士論文。
52.O. C. Elena, A. A. Francisca, T. P. Ana M, O. B. Cesar, M. M.
Jose Miguel, Int. J. Adhes. Adhes., 29 (2009) 309-318.
53.J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter, Inorg. Chem., Harper
Collins, 1993,4th.
54.A. Allerhand, P. v. R. Schleyer, J. Am. Chem. Soc., 85 (1963)
1715-1725.
55.陳芳君,“驗証影響氫鍵的兩個因素:重新混成與負超共軛”,2006,成功大學,碩
士論文。
56.(a) M. Budesinsky, P. Fiedler, Z. Arnold, Synthesis., 11 (1989)
858-860.
(b) I. E. Boldeskul, I. F. Tsymbal, E. V. Ryltsev, Z. Latajka,
A. J. Barnes, J. Mol. Struct., 436 (1997) 167-171.
57.(a) P. Hobza, V. Sÿpirko, Z. Havlas, K. Buchhold, B. Reimann, H.
D. Barth, B. Brutschy, Chem. Phys. Lett., 299 (1999) 180-186.
(b) B. Reimann, K. Buchhold, S. Vaupel, B. Brutschy, Z. Havlas,
P. Hobza, J. Phys. Chem. A., 105 (2001) 5560-5566.
58.S. N. Delanoye, W. A. Herrebout, van der Veken, B. J. J. Am.
Chem.Soc., 124 (2002) 11 854-11 855.
59.(a) P. Hobza, V. Sÿpirko, H. L. Selzle, E. W. Schlag, J. Phys.
Chem. A.,102 (1998) 2501-2504.
(b) P. Hobza, Z. Havlas, Chem. Phys. Lett., 303 (1999) 447-452.
60.P. Hobza, Z. Havlas, Chem. Rev., 100 (2000) 4253-4264.
61.蔡麗娟,“交聯型固態高分子電解質”,2001,中央大學,碩士論文。
62.G. A. Slack, R. A. Tanzilli, R. O. Pohl, J.W. Vandersande. J.
Phys. Chem. Solids., 48 (1987) 641- 647.
63.A.S. Luyt, J.A. Molefi, H. Krump, Polym. Degrad. Stabil., 91
(2006) 1629-1636.
64.S.Z. Yu, P. Hing, X. Hu, Comp. A., 33 (2002) 289-292.
65.D. A. G. Bruggeman, Am. Phys., 24 (1935) 636-664.
66.F. faghani, Thermal conductivity Measurement of PEDOT:PSS by 3-
omega Technique, 2010.
67.K.M. Taylor, C. Lenie, J. Electrochem. Soc., 107 (1960) 308-314.
68.A. T. Collins, E. C. Lightowlers, P. J. Dean, Phys. Rev., 158
(1967) 833-838.
69.S. Mahendiaa, A.K. Tomara, S. Kumar, J. Alloys Compd., 508
(2010) 406-411
70.趙文元,趙文明,王亦軍,“聚合物材料的電學性能及其應用”,2006,化學工業出
版社、材料科學與工程出版中心。
71.H. He, R. L. Fu, Y. P. Shen, Compos. Sci. Technol., 67 (2007)
2493-2499.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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