本質型導電高分子水溶液經過旋轉塗佈及乾燥後，可於基材上形成均勻導電薄膜，具有高導電性、高穩定性、易於加工，以及綠色環保等優點，為因應不同的塗佈與印刷工藝，可以開發特殊的油墨配方，廣泛應用在不同的領域。目前已商品化的產品有抗靜電塗料、防腐蝕塗料，以及固態電容等；此外，發光二極體、太陽電池、軟性電子元件，以及透明導電膜等亦在研究開發中，特別是以本質型導電高分子為透明導電膜，取代ITO於電阻式觸控面板的應用，不論在成本、加工性或耐用度上都優於現有材料，未來應有大幅發展的空間。
抗靜電及導電高分子材料技術簡介
塑膠材料絕大部分為碳氫化合物所構成，由於沒有如金屬般的自由電子可導通，因此其表面電阻通常介於1012~1019 Ω/sq，相對於表面電阻僅約10-1~10-5Ω/sq的金屬算是標準的絕緣體，極易在高分子表面產生電荷聚集，為了使塑膠材料能具有導電性質，目前廠商以複合型(Extrinsic)與本質型(Intrinsic)導電高分子的開發居多。其中，複合型導電高分子材料係於樹脂材料中添加金屬或導電碳黑，藉由導電顆粒聚集形成導電網絡來提升高分子材料的導電性；而本質型導電高分子則是一種共軛性導電高分子，其高分子主鏈結構係由交替的單鍵− 雙鍵共軛鍵結而成，可經由化學或電化學的方式加以摻雜，形成電洞或電子傳導載子，因而產生介於半導體及金屬導體之間的高導電度。
導電性塑膠產品的製造技術可分為表面成膜與混練兩大類，根據不同的導電規格需求，可採行不同的製作方法。如圖一所示，通常混練的技術係以金屬粉末或導電級碳黑為樹脂添加劑，以形成複合型導電塑膠材料，達成絕佳導電及抗靜電效果，主要應用在導電膠(<103Ω/sq)、電磁波遮蔽(101~104 Ω/sq)及靜電消散(106~1012 Ω/sq)等領域。不過，添加導電碳黑容易因析出粒子而污染電子元件，而金屬粉末價格昂貴且有毒性物質污染之疑慮。考慮另一種做法係以蒸鍍、塗佈、電鍍方式，將導體材料成膜在塑膠基材表面，此法不但可以獲致表面較高導電度，且可以保持塑膠基材原來的機械強度等性質，因此用途較為廣泛，若產品要求高透明度，則多採用此種表面成膜之方式，來達成靜電防護/導電的效果。其中蒸鍍及電鍍方式有成本昂貴的缺點，而塗佈抗靜電劑具有製程簡易及成本低廉的優點，但一般抗靜電劑（例如四級胺鹽、胺類化合物、磷酸酯類、烷乙氧類、脂肪酯類、脂肪胺類，以及醇類衍生物等）之表面阻抗仍高，若產品經由碰撞或多次沖洗，抗靜電劑常會因此脫落，而失去靜電防護的功效，且容易受到外在濕度影響，應用市場深受限制。採用本質型導電高分子做為長效性抗靜電/導電材料是另一種選擇，不但具有高透明度、高導電性、高穩定性及易於加工等特性，亦可與一般塑膠混練，已成為抗靜電及導電性材料的重點發展方向。
圖一、抗靜電及導電高分子材料技術種類
透明性導電高分子材料之應用潛力
採用本質型導電高分子做為抗靜電薄膜材料，因具有優良抗靜電性、耐久不易變質、無粒子粉塵產生等產品特點，可符合先進高階面板、光電及半導體廠的高規格需求，做為各種電子/光電產品、感光膠片，以及PCB-wafer之抗靜電保護膜。在電子及光電元件之透明電極應用方面，銦錫氧化物(Indium Tin Oxide; ITO)為目前業者普遍使用在平面顯示器、太陽電池及觸控面板等產品之透明導電薄膜材料。除了價格昂貴及材料來源日益匱乏之外，由於觸控面板在使用的過程中，必須經常性彎曲透明導電薄膜，使兩張薄膜能夠接觸在一起，經長時間不斷地對透明導電薄膜施予壓力後（圖四），ITO在軟性基材上經由重複觸碰敲擊將產生老化，甚至會因彎曲成弧狀而造成微觀的裂縫。如圖五所示，當彎曲半徑達約8 mm，ITO薄膜片電阻(Sheet Resistance)急速升高，且當應力移除時，片電阻無法完全回復，而在彎曲半徑為8 mm情況下，其片電阻在彎曲次數達10次便開始上升。然而，本質型導電高分子PEDOT:PSS在彎曲半徑小於8 mm時，PEDOT:PSS片電阻則仍維持不變，且在彎曲半徑為8 mm情況下，其片電阻在彎曲次數達數萬次時仍維持不變。由此顯示，採用價格便宜且耐彎曲的本質型導電高分子，以取代ITO應用在觸控面板、軟性顯示器、電子紙、發光二極體及太陽電池，可改善傳統使用ITO易脆及價格昂貴之缺點，成為未來產品開發之重要趨勢。
圖五、ITO與PEDOT:PSS性能比較：(a)彎曲半徑對片電阻的影響；(b)在彎曲半徑為8 mm情況下，彎曲次數對片電阻的影響
透明性導電高分子薄膜材料技術
PEDOT:PSS是目前幾個可商業化生產的導電高分子中，唯一在導電度、安定性及透明度都能與ITO透明導電膜競爭的材料，雖然表面阻抗及導電度目前仍不及ITO膜，但已可達到電阻式觸控面板要求，且具有價格競爭優勢（表四），因此採用PEDOT:PSS做為高透明性耐彎曲導電薄膜，成為國內外業者積極研發之重點方向…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：黃桂武/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌288期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9009