三建技術課程
2026/09/18(五),09:30-16:30
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當聚合物中充填大量導電粒子時，隨著溫度升高，電阻會增加。此材料在常溫下呈現低電阻，但高溫時聚合物體積膨脹，導致導電粒子間距增大，電阻上升。若將此元件安裝在電路上層，當電路過電流時，元件因焦耳熱升溫而電阻增加，使下層電路的電流無法流通。異常消退後，溫度下降，電阻降低，電流再次流通。因此，可作為無需更換的永久保險絲使用。將此元件應用於鋰離子電池等電池，可提升電池安全性與可靠性，並對能源儲存與轉換產生重要貢獻。基礎研究方面，解析聚合物中導電粒子的分散狀態、轉變溫度差異與電阻，並開發新型材料。
圖．PVDF/Ni複合材料的PTC特性 圖．PVDF/CB複合材料的PTC特性
將金屬粉末、碳黑 (CB)、碳納米管 (CNT) 等導電填料充填於聚合物中製成的導電填料分散高分子複合材料，由於填料在複合材料中形成網絡連接導電通路，呈現特殊電氣特性。尤其是結晶性聚合物導電複合材料，隨溫度升高，其電阻率增加，呈現正溫度係數 (PTC: Positive Temperature Coefficient) 特性。具PTC特性的材料，可用於永久保險絲、溫度感測器、加熱器等。應用於永久保險絲時，需室溫電阻低、高溫電阻高，且電阻隨溫度增加的斜率要陡。為製備符合此需求的導電複合材料，解析PTC特性產生機制非常重要。
本講演將詳述：填料在聚合物中的位置、如何在降低室溫電阻的同時提高高溫電阻的權衡關係，以及PTC特性產生的機制與聚合物-填料相互作用。
一、導電填料分散高分子材料介紹
1-1. PTC (正溫度係數) 特性
1-2. 複合材料導電性產生機制
1-3. 聚合物種類與PTC特性關係
1-4. CB填料的PTC特性—最佳CB選擇
1-5. 金屬填料的PTC特性—最佳金屬選擇
二、聚合物結晶度與填料分散高分子PTC特性關係
2-1. 聚合物結晶度評估方法
2-2. 聚合物結晶度與填料分散高分子PTC特性
2-3. 填料充填量與聚合物結晶度
2-4. 填料充填量與PTC特性
三、熔融後冷卻速率對導電性的影響
3-1. 熔融後冷卻速率與聚合物結晶度
3-2. 聚合物結晶度與室溫電阻率
3-3. 聚合物結晶度與PTC特性
四、結晶性高分子/Ni複合材料PTC特性
4-1. Ni填充率與室溫電阻率
4-2. Ni填充率與PTC特性
4-3. 聚合物與填料的相互作用
4-4. FIT模型
五、聚合物分子量與複合材料導電性
5-1. HDPE分子量與導電性
5-2. PMMA分子量與導電性
六、非晶性聚合物與複合材料PTC特性
6-1. 非晶性聚合物中填料分散性 (SEM照片)
6-2. 非晶性聚合物PTC特性
七、聚合物混煉/Ni的室溫電阻與PTC特性
7-1. HDPE/PMMA/Ni複合材料電氣特性
7-2. HDPE/PVDF–Ni複合材料電氣特性 (混煉順序不同)
7-3. HDPE–Ni/PVDF複合材料電氣特性 (混煉順序不同)
7-4. PVDF/PMMA/Ni複合材料電氣特性
八、複合材料PTC特性定量分析
8-1. 連通理論中的閾值定義
8-2. 考慮聚合物體積膨脹與結晶度的PTC特性
8-3. 在絕緣區域電阻率下的表觀填料充填率
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