Abstract
摘 要有鑑於PTFE/SiO2複合材料為高頻或微波基板所使用之理想材料，其商業用途極為廣泛，而其性質又因組成及製作方法不同而有許多的變化，本研究目的即在於利用不同組成與製作方法製備出微米級(Micro)及奈米級(Nano)PTFE/SiO2複合材料，探討其介電性質、熱性質、機械性質及形態上的變化，以作為製作材料及調控基板性質的依據，希望能進一步了解填充材在複合材料中伴演的角色，並能有助於PTFE/SiO2複合材料未來之應用。本研究分為二系統進行，系統一以微米級SiO2填充材補強PTFE基材，系統二則利用溶膠-凝膠(Sol-gel)製程技術製作出PTFE/SiO2奈米級有機無機基板材料，除探討溶膠-凝膠組成中不同觸媒、溶劑含量與水量等成份對溶膠-凝膠材料性質之影響外，更針對表面改質處理與SiO2含量對PTFE/SiO2性質之影響性作探討。系統一以物理分散法製備PTFE/SiO2微米級複合材料並探討不同的Phenyltrimethoxysilane偶合劑含量(0-3wt%)對PTFE/SiO2材料的性質及形態上的影響，實驗數據分析後顯示：隨著偶合劑含量的增加，拉伸強度及熱膨脹係數皆增加，而吸水率減少；另外，在SiO2填充材料含量與尺寸大小對PTFE/SiO2 複合材料之性質影響研究方面，以兩種不同大小(5□m or 25□m SiO2)及0-60wt% SiO2添加含量，調配製作出各種PTFE/SiO2板材後進行各種物性測試，實驗數據分析後顯示：兩種不同大小的SiO2在含量對各種物性的影響皆有相同的趨勢，即隨著SiO2含量的增加，拉伸強度及熱膨脹係數皆減少，而拉伸剛性、吸水率及介電特性皆增加，且因為較小的SiO2填充材料具有較多之表面積，所以，添加較小的SiO2所得的PTFE/SiO2複合材料，有較高之吸水率及介電損失；再者，因PTFE基材化學反應性差，與SiO2填充物之間的作用力相當弱，是造成較低的拉伸強度及耐熱性無法提升的原因，而此現象可由SEM電子顯微鏡觀察拉伸破壞後的試片得以佐證；除此之外，本研究也將實驗數據與文獻推算兩相複合材料的理論計算值作相互比對，比對後發現介電常數與熱膨脹係數之實驗數據與理論計算值相當接近，而且Nicolais-Narkis修正計算式能有效的估算出PTFE/SiO2複合材料的拉伸強度。系統二以溶膠-凝膠法製備PTFE/SiO2奈米級複合材料並探討不同的siliylation agent對PTFE/SiO2複合材料的介電性質、熱性質、機械性質及形態上的影響。實驗上，以溶膠-凝膠法製備50wt% PTFE/SiO2混成材料及以雙滾輪碾壓機製作成板材，採用Trimethylchlorosilane (TMCS)及Hexamethydisilazane (HMDS)為本研究之改質劑(silylation agents),由實驗結果發現：經由改質後之PTFE/SiO2混成材料具有較低的吸水率及介電損失性質，可由IR及NMR分析發現SiO2表面之-OH基已被取代成-CH3，除此之外，已改質之PTFE/SiO2混成材料具有高的孔隙度(53.7%)、奈米級之孔洞(10-40nm)及奈米膠粒(粒徑20-50nm)等特點，使得PTFE/SiO2混成材料具有超低介電性質(Dk=1.9 & Df=0.0021)、小之熱膨脹係數(66.5 ppm/℃)、高的拉伸剛性(141 Mpa)、耐熱性(Td=612℃)及疏水性(接觸角(□)=114□)；在SiO2填充材料含量(0–60wt%)對PTFE/SiO2 複合材料之性質影響研究方面，由實驗數據分析後顯示：SiO2含量對物性的影響，與上述微米級SiO2對PTFE/SiO2基板材料的影響，有相同的趨勢，即隨著SiO2含量的增加，拉伸強度及熱膨脹係數皆減少，而拉伸剛性、吸水率及介電性質皆增加。