以2D列印法製作銅、鎳基導線及其溫度感測器之研究

Abstract

本研究利用擠出成型(extrusion)製程，使用將多成分氧化物漿料進行線材及圖形之2D擠出列印。使用無鹼(alkali-free)玻璃作為基板及填充劑，將複合漿料中氧化銅、氧化鎳還原後，形成金屬導線及熱電偶，分別應用於固態燃料電池之電流收集器及溫度偵測器。研究中先進行廢棄無鹼玻璃的基本性質測試，SEM+EDS與XRD分析玻璃基板之成分及晶相，再以DSC及潤濕角(wetting angle)測試基板之熱分析，並利用TMA確認其熱膨脹係數(CTE)。其次是建立漿料成分設計，氧化物漿料先進行沉降試驗及測量界面電位，找尋適當分散劑及漿料比率，並分析高固含量漿料之流變(黏彈性)行為。漿料之降伏剪切應力，均控制超過500 Pa，使漿料經擠出後可維持形狀。透過改變製程參數改善燒結行為並以四點探針法測量銅、鎳基導線的中、高溫電導率及Seebeck係數。銅基導線在700 oC下之導電率皆超過SOFC電流收集器所需之0.1×104 S·cm-1。此外製作之Cu-Cu11Ni熱電偶在650 oC時之Seebeck係數為0.059 mV/oC，代表具有良好的靈敏度。最後將印刷之導線進行高溫氧化測試並分析其氧化機制。三種線材均由介面化學反應控制，其中鎳基線材有最低的氧化速率及最高之活化能，代表鎳材比起其他兩種線材具有抵抗高溫氧化的優勢。