PI-SiO-,2-納米雜化薄膜力學性能及電性能研究.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)良的力學性能及電性能，主要應用于電氣絕緣和微電子工業(yè)領域。近年來，隨著我國高新技術及相關產業(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/無機納米雜化材料的研究居多，但對雜化材料的力學性能、電性能等方面的研究結論各不相同，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行復合，制備

2、PI/SiO<,2>納米雜化薄膜。在制備過程中，有機相采用4，4’-二氨基二苯醚 (ODA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)體系，無機相通過前驅體正硅酸乙酯 (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結構進行分析，結果表明本實驗工藝路線能夠將二氧化硅引入聚酰亞胺基質中。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中分散均勻，在一定二氧化硅含量范圍內，無機粒子呈納米級分散，不同無

3、機前驅體制備的雜化薄膜中無機粒子形態(tài)不同，以 TEOS 為無機前驅體(A 體系)制備的雜化薄膜中二氧化硅粒子呈球形，以 MTEOS 為無機前驅體(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。 采用萬能拉力實驗機進行拉伸實驗，測得雜化薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率。結果表明，A體系雜化薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率達到最大時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中起到交聯作用，有利于提高雜化薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率，而對聚酰亞胺分子排列有序度的破壞是導致力學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，影響因素及結論各不相同。影響雜化薄膜介電系數和介電損耗的主要因素是雜化薄膜中極性基團的數量和有機/無機兩相間的結合情況，A、B體系雜化薄膜

5、的介電系數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％時達到最大，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性，同時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度。二氧化硅的摻雜量直接影響雜化薄膜的耐電暈性，A