芳綸-氮化硼增強自修復復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、柔性電子元件具有能夠彎曲、拉伸并且能適應于各種復雜表面的特點，正在成為許多應用中使其具有顛覆性意義的器件，比如可穿戴的電子產品、植入式傳感器和替代性能源設備等。聚合物因其易于加工、介電常數可調、成本低及良好的成膜能力而成為應用于微電子領域中電子器件絕緣和包裝的柔性介電材料的首選。然而，這些柔性介電電子器件中的一些功能性材料卻極易受到形變作用引發(fā)損傷，導致材料喪失功能，嚴重限制了器件的可靠性和壽命。本文針對這一問題，提出將功能化的無機氮化

2、硼納米粒子和有機芳綸微纖引入到具有自修復性能的聚合物體系中，通過原位法合成并制備了一種具有超分子結構的自修復介電聚合物納米復合材料，使其在受到反復損傷后仍能夠恢復其原有的電性能、介電性能和熱傳導性，且材料在受到機械損傷后能夠恢復其結構完整性。
　　采用化學溶劑超聲剝離法制備了具有六方對稱結構的氮化硼納米片(BNNSs)，研究了制備過程中超聲處理時間、離心時間和速率對BNNSs尺寸大小、厚度等微觀結構的影響。采用共價化學法，依次通過

3、強氧化劑過氧化二叔丁烷、“piranha”H2O2/H2SO4溶液和硅烷偶聯(lián)劑對制備的BNNSs進行表面功能化修飾，制備了叔丁氧化氮化硼納米片BNNSs-TB、羥基化納米片BNNSs-OH和酰胺化納米片BNNSs-CONH2，研究了各功能化納米片的表面微觀形貌和結構，并計算了氮化硼納米片表面接枝酰胺基團的密度，接枝化修飾處理使氮化硼納米片具有更高的反應活性參與到聚合反應中，在聚合物中分散性更好。
　　以Leibler法制備的自修復

4、聚合物為基礎并加以改性，采用原位法將含有酰胺化基團的BNNSs引入到此聚合物體系中替代了原有聚合物中尿素成分，制備了一種新型自修復介電納米復合材料。研究了納米復合材料的力學性能、電絕緣性能、介電性能和熱導性能，結果表明，在自修復聚合物體系中引入了表面功能化的氮化硼納米片后，材料的電擊穿強度、電阻率、熱導率、機械強度均有大幅提高；系統(tǒng)研究了反復的機械損傷和修復過程對介電納米復合材料絕緣性能的影響，發(fā)現(xiàn)復合材料在同一斷口處反復經歷5次損傷并

5、愈合后能夠完全恢復其原有電阻性；此外，針對氫鍵自修復體系易受周圍環(huán)境中水分影響的這一弱點，研究發(fā)現(xiàn)通過引入六方氮化硼納米片并利用其防潮的特性，大大減少了自修復納米復合材料對水分的敏感度，使其能夠在長時間存放在含水量高的環(huán)境中也能保持其介電性能的穩(wěn)定性。
　　為了進一步提高氮化硼增強聚合物基體自修復材料的機械強度和介電性能，在上述納米復合材料中引入了經過高能共輻照接枝改性的國產芳綸微纖。研究了高能共輻照接枝過程中輻照介質、輻照劑量對

6、三種不同型號國產芳綸IAF3、IAF3A和IAF12表面性能的影響，通過對比其表面形貌、表面元素組成、與去離子水和二碘甲烷液體接觸角和表面自由能，確定選取經200kGy共輻照接枝處理的IAF3為有機增強體，并進一步對其功能化改性以使其適用于自修復聚合物納米復合材料體系；研究了芳綸微纖摻雜BNNSs納米復合材料的力學性能和介電性能，結果表明摻雜有機芳綸微有效的提高復合材料的拉伸楊氏模量和電擊穿強度，對材料的介電常數和介電損耗影響不大。通過