非導體金屬化流程規劃

3.1 前言

本章節內容為實驗流程規劃以及儀器設備規格介紹，實驗流程規劃不 同於目前石墨、金屬及複合石墨雙極板製程，為使雙極板在成本、體積、

重量上可有效降低，本研究試圖以塑板之不同的表面處理製程並結合非導 體金屬化技術來達到此目的，各項表面處理製程利用儀器來進行電性、物 性及化學性質的評估與比較。

3.2 實驗流程規劃

此部分預先進行塑板材質選定與分析討論，並規劃出雙極板製備程序 以及本研究所要進行之非導體金屬化流程。其次，為了瞭解鍍膜於基板上 附著狀況，規劃出正向附著力試驗以及側向附著力試驗來評估附著情況。

3.2.1 非導體金屬化流程規劃

於表 1-4 初步分析，雙極板基材以塑膠類材料為研究對象，實驗規劃初 始階段針對目前業界使用率較高之塑膠材料進行分析比較，選定比較之塑 膠材料分別為 ABS（丙烯晴-丁二烯-苯乙烯塑膠）、PP（聚丙烯）、PVC

（聚氯乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PE（聚乙烯）、耐隆 6、

PC（聚碳酸脂）、纖維強化塑膠等，考量成本、加工性、材料性質、金屬 化製程等因素，其中以 PMMA 材質為適用於燃料電池雙極板較優材質之 一。

另外由於PMMA 材質透明性優，對於雙極板運作過程中，鍍膜的監測 有立即的效益，塑膠材料比較表如表3-1 所示、塑膠材料特徵用途比較表如 表3-2 所示。

選定 PMMA 板之表面需施以金屬化製程以達到電傳導性質，施行電鍍 程序之前，預先以熱水浸漬脫脂再進行水洗以除去塑板表面油脂及附著雜 質，此即為前處理。

表面改質處理分為三種不同的製程，分別為利用電漿技術進行表面改 質以及利用機械粗化來使表面增加其銅鍍膜的接觸面積，最後與未改質 PMMA 板做性能比較。

機械粗化製程，於25*25cm PMMA 板以粒徑 0.2mm、材質金剛砂進行 約五秒鐘均勻噴砂，再將PMMA 板裁切成約 2*2cm²的試片以進行AFM 表 面粗糙度分析及濺鍍銅薄膜沉積。

另一項表面處理製程，亦即電漿化學技術，將試片裁切成約 2cm²之試 片，並調整功率、氧氣流量以及操作時間等三個條件，每個條件各有三個 水準，利用田口實驗法作L 3 直交表，所得到九組實驗數據分別以液滴檢 測其接觸角，並比較附著力大小來達到實驗驗證。

本研究延續吳信達學長碩士論文研究，當中雙極板導電層部分其內容 建議以銅薄膜來達到其功能性，因此在本文所研究內容中，O₂ plasma 表面 處理、機械粗化表面處理以及未經表面改質處理之試片分別利用濺鍍製程 在其表面上披覆導電銅薄膜，並利用各項量測儀器來分析其鍍膜的電性、

物性以及化學性，鍍膜的附著力關係在雙極板製備中流道的切割是否造成 其剝離效果，以及鍍膜在工作環境中的披覆能力。雙極板製備程序如圖3-1 所示、非導體金屬化流程如圖3-2 所示，當中非導體金屬化流程中虛線框架 部分為本研究針對PMMA 板進行不同表面改質處理比較作深入探討。

圖3-1.雙極板製備程序

圖3-2.非導體金屬化流程 金屬化試片物化性分析

結果與討論

電性、物性、化 學性量測 設定熱塑壓

合時間 熱塑壓合 無熱塑壓合

表面處理

濺鍍處理

觀察表面結構

前處理 水洗

脫脂

電性、物性、化 學性量測 塑板試片

電漿化學處理 田口實驗法

脫脂/水洗處理 脫脂/水洗處理

化學電鍍 設定沉積時間

鍍液調配 電鍍槽架設

觀察表面結構