學位論文
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Item 具雙面介電層之可穿戴且高靈敏的電容式壓力感測器研製(2021) 林明鋒; Lin, Ming-Feng隨著可穿戴電子裝置、醫療保健和智能機械的不斷發展，高性能撓性壓力感測器在近幾年中展現了巨大的應用前景。本研究開發了一種基於靜電紡絲纖維複合微圓柱結構介電層的新型高靈敏電容式壓力感測器，並透過將微結構整合為單面及雙面介電層，以此進行性能比較。所用之介電層微結構可以透過簡便、快速、低成本及尺寸易調整的微影翻模與電紡纖維製程來完成，不需要使用複雜且高汙染的蝕刻設備。所提出之感測器在受壓時可以透過靜電紡絲及微圓柱的形變來獲得更多的電容變化。實驗結果顯示所開發之可撓性電容式壓力感測器具有5.0 kPa-1的高靈敏度、25及50 ms的快速響應與回彈時間、2.5 mg的超低檢測限制、10000與5000次以上壓縮/彎曲循環無任何訊號衰減的高耐用及高可靠性。得益於上述的優秀性能，在脈搏監控、呼吸監控、關節角度監控及聲學檢測的人體可穿戴即時測試中都獲得了良好的結果。此外，為了增強感測器的適用性，將感測器進行矩陣化，精準地展示出空間中的壓力分佈；也透過將感測器與無線傳輸模組整合為電子皮膚系統並安裝於機械手臂，成功地藉由觸碰感知讓機械手臂進行自我停機的功能，這對於人機協同作業的應用是很重要的。這項研究滿足了那些追求高靈敏及耐用性需求的場合，並在實現高性能撓性電容式壓力感測器的領域達成一些貢獻。Item 石墨烯複合導電奈米纖維應用於超級電容之製作(2014) 吳思賢; Sih-Shian Wu本研究是利用靜電紡絲(Electrospinning)與靜電噴霧(Electrospray)技術在不鏽鋼纖維收集器表面，製備與複合導電奈米石墨烯(Graphene)纖維之超級電容電雙層電極。藉由奈米纖維之高比表面積(High specific surface area)與Graphene材料之高電容量(High-capacity)，以提升整體比電容值。首先，本研究是將高分子聚苯乙烯(Polystyrene, PS)與導電高分子聚苯胺(Polyaniline, PANi)複合成導電高分子溶液，以作為靜電紡絲之基底材料，藉由靜電紡絲技術將導電高分子噴射成奈米纖維至不鏽鋼基板，形成高比表面積之電極；接著利用分散於N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)溶劑的Graphene溶液，以靜電噴霧噴灑出霧狀液珠，使電極表面附著Graphene，以增加其電容量；將兩塊對襯之電極中間放置隔離膜浸入5.5 M KOH電解液中並完成元件封裝，並以循環伏安法之元件性能評估。本研究製備出之PS:PANi導電奈米纖維其平均電阻值約4.4 M 歐姆，導電率約為27 uS/cm，並在2.5 V時成功地點亮紅色LED。此外，在奈米纖維上噴灑Graphene，並透過拉曼光譜分析該材料的D band、G band與2D band峰值，表示利用本研究的電噴霧技術已具備將Graphene噴灑於奈米纖維表面之能力。此外，並以循環伏安法分析具PS:PANi:Graphene電極的超級電容，該電流與電壓之掃描圖形面積可大幅增加，顯示充放電能力相當優異。經計算後PS nanofiber、PS:PANi nanofiber、PS:Graphene nanofiber與PS:PANi:Grapene nanofiber四種電極的比電容值，分別為14.83 F/g、51 F/g、60.38 F/g、133.33 F/g。實驗結果顯示，結合PS奈米纖維的高比表面積、PANi的導電性與Graphene高電容量等優點之電極，可提升整體電容器之性能。Item RuO2/Graphene/Polyaniline 複合材料之超級電容開發(2016) 程科翔; Cheng, Ke-Siang本研究使用靜電紡絲(Electrospinning)與靜電噴霧(Electrospray)技術，製備奈米纖維，藉由熱處理製備碳奈米纖維，做為超級電容之電極。首先，本研究以聚苯乙烯(Polystyrene, PS)與聚苯胺(Polyaniline, PANi)作為複合溶液，製備出線徑約534 nm的PS:PANi奈米纖維。接著利用靜電噴霧技術，將石墨烯(Graphene)溶液沉積至PS:PANi纖維表面，製備出堆疊式PS:PANi:graphene奈米纖維，石墨烯片約為5 m能附著在PS:PANi奈米纖維薄膜，且不會造成底部PS:PANi奈米纖維形貌的變化；本研究也成功以靜電紡絲技術，將聚苯乙烯、聚苯胺以及石墨烯作為複合溶液，製備出線徑約418 nm的複合式PS:PANi:graphene奈米纖維；本研究利用靜電紡絲技術，將聚丙烯腈(Polyacrylonitrile, PAN)與聚苯胺作為複合溶液，藉由熱處理製備出線徑約690 nm的PAN:PANi碳奈米纖維。接著將聚丙烯腈、聚苯胺以及石墨烯作為複合溶液，藉由熱處理製備出線徑約400 nm的PAN:PANi:G碳奈米纖維；此外，製備PAN:PANi與PAN:PANi:G碳奈米纖維薄膜之導電率，分別為28.5 mS/cm與98.1 mS/cm，碳奈米纖維具有導電性。透過拉曼光譜分析石墨烯材料的D band、G band與2D band峰值，表示利用本研究的電紡絲技術已具備將石墨烯複合於碳奈米纖維之能力。最後，將封裝完成之超級電容元件進行循環伏安法量測，其中PS:PANi奈米纖維、堆疊式PS:PANi:graphene奈米纖維、複合式PS:PANi:graphene奈米纖維、PAN:PANi碳奈米纖維與PAN:PANi:G碳奈米纖維五種電極之比電容值，分別為0.032 F/g、0.025 F/g、0.023 F/g、151 F/g、61 F/g。實驗結果顯示，PAN:PANi碳奈米纖維相較於PS:PANi奈米纖維電極之比電容高出4700倍。由於聚丙烯腈、聚苯胺與石墨烯經由熱處理之碳奈米纖維，具有良好的導電性與高比表面積，可提升整體電容器之特性。