PI-SiO-,2-納米雜化薄膜力學(xué)性能及電性能研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)是一種高性能聚合物材料，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的力學(xué)性能及電性能，主要應(yīng)用于電氣絕緣和微電子工業(yè)領(lǐng)域。近年來，隨著我國高新技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對聚酰亞胺薄膜的性能提出了更高的要求。各國學(xué)者針對聚酰亞胺改性的研究做了大量的工作，其中以聚酰亞胺/無機(jī)納米雜化材料的研究居多，但對雜化材料的力學(xué)性能、電性能等方面的研究結(jié)論各不相同，理論分析不夠深入。 本文采用溶膠-凝膠法將二氧化硅與聚酰亞胺在納米尺度上進(jìn)行復(fù)合，制備

2、PI/SiO<,2>納米雜化薄膜。在制備過程中，有機(jī)相采用4，4’-二氨基二苯醚 (ODA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)體系，無機(jī)相通過前驅(qū)體正硅酸乙酯 (TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)水解縮合制得。 采用紅外光譜對雜化薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明本實(shí)驗(yàn)工藝路線能夠?qū)⒍趸枰刖埘啺坊|(zhì)中。掃描電鏡及原子力顯微鏡分析表明，二氧化硅在聚酰亞胺基質(zhì)中分散均勻，在一定二氧化硅含量范圍內(nèi)，無機(jī)粒子呈納米級分散，不同無

3、機(jī)前驅(qū)體制備的雜化薄膜中無機(jī)粒子形態(tài)不同，以 TEOS 為無機(jī)前驅(qū)體(A 體系)制備的雜化薄膜中二氧化硅粒子呈球形，以 MTEOS 為無機(jī)前驅(qū)體(B 體系)制備的雜化薄膜中二氧化硅粒子呈棒狀。廣角 X 射線衍射試驗(yàn)測試表明，二氧化硅的摻雜破壞了聚酰亞胺分子排列的有序程度。 采用萬能拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測得雜化薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。結(jié)果表明，A體系雜化薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率達(dá)到最大時(shí)二氧化硅的摻雜量為3wt％，B體系

4、為 1wt％。二氧化硅的引入對雜化薄膜力學(xué)性能的影響既有有利因素，也有不利因素。納米級二氧化硅在聚酰亞胺基質(zhì)中起到交聯(lián)作用，有利于提高雜化薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，而對聚酰亞胺分子排列有序度的破壞是導(dǎo)致力學(xué)性能下降的主要因素。 本文著重討論了雜化薄膜的電性能及其影響因素，針對不同電性能參數(shù)，影響因素及結(jié)論各不相同。影響雜化薄膜介電系數(shù)和介電損耗的主要因素是雜化薄膜中極性基團(tuán)的數(shù)量和有機(jī)/無機(jī)兩相間的結(jié)合情況，A、B體系雜化薄膜

5、的介電系數(shù)均高于純聚酰亞胺薄膜，但隨頻率增大變化不明顯；介電損耗隨頻率的增大明顯增加。A體系雜化薄膜體積電導(dǎo)率隨二氧化硅含量的增加而增大，B體系雜化薄膜則在二氧化硅含量為12.5wt％時(shí)達(dá)到最大，超過此含量則呈下降趨勢。二氧化硅的引入增加了雜化薄膜的熱傳導(dǎo)性，同時(shí)納米粒子具有的高表面能對吸收和消耗能量有顯著的作用，在一定程度上抑制了雜化薄膜熱擊穿和電擊穿的發(fā)生，從而提高了雜化薄膜的擊穿強(qiáng)度。二氧化硅的摻雜量直接影響雜化薄膜的耐電暈性，A