具有可控形态的多孔材料制备及介电性能研究

发布时间：2018-05-11 22:31

  本文选题：无机纳米粒子 + 可控形态　； 参考：《西南科技大学》2016年硕士论文

【摘要】：随着微电子工业的飞速发展,相应的电子器件和集成电路正朝着小型化、高密度化方向发展,出现了多芯片模块(MCM)和微电机系统(MEMS)等新技术。元件密度和功能的不断提升,对低介电技术提出了更多更高的要求。由于超大规模集成电路具有纳米特征尺寸,因此相对应的互连线间信号延迟、串扰以及能耗等问题日益凸显,向材料中引入纳米孔洞可以有效的提高其介电性。本课题对中空PS纳米粒子与PE基质复合材料制备及介电性能进行了系统的研究。本课题首先研究了不同形态无机纳米粒子制备方法,为中空纳米粒子的制备和介电机理的研究做准备。通过引入硅烷偶联剂3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)来协助St?der方法制备球形SiO2,这种方法可以很好地控制所得SiO2纳米粒子的尺寸,并能使其原位功能化,用于进一步地接枝聚合;另外,通过水热法制备椭球形α-Fe2O3和层状MnO2。通过高倍扫描电镜(SEM)对无机纳米粒子进行形貌表征,结果显示,成功制备了不同形态的无机纳米粒子。本课题重点研究将聚苯乙烯(PS)中空纳米粒子引入到聚乙烯(PE)树脂基体中构建带有封闭且孤立纳米孔结构聚合物复合薄膜。采用模板法通过核壳PS@SiO2纳米粒子制备中空PS纳米粒子,将中空PS与PE熔融共混得到带有封闭且孤立纳米孔结构的复合薄膜材料(PE/HoPS)。为了突出孔结构对介电性能的影响,将PE/SiO2和PE/PS@SiO2中的SiO2刻蚀,得到带有开放或不可控孔结构的复合薄膜与之比较。通过高倍扫描电镜(SEM)、热重分析(TA)、阻抗仪、接触角测试仪、动态力学分析仪(DMA)对复合薄膜进行表征,分析了三种薄膜不同孔结构对介电常数,介电损耗,疏水性,机械强度等性能的影响;在孔隙率一定的情况下,频率变化对介电常数和介电损耗的影响,并运用界面效应进行解释。当造孔剂含量为15.3wt%,孔隙率6.9%,介电常数为2.08。这个值比串联模型计算出的介电常数还要低。我们的工作揭示了引入HoPS不仅降低材料的孔隙率,而且改变了PE基质的性能,最终致使介电常数的降低。
[Abstract]:With the rapid development of microelectronics industry, the corresponding electronic devices and integrated circuits are developing towards the direction of miniaturization and high density. New technologies such as multi-chip module (MCM) and micromotor system (MEMS) have emerged. With the continuous improvement of component density and function, more and higher requirements are put forward for low dielectric technology. Because VLSI has nanometer characteristic size, the corresponding problems such as inter-connection signal delay, crosstalk and energy consumption become more and more prominent. The dielectric properties of VLSI can be improved by introducing nano-hole into the material. The preparation and dielectric properties of hollow PS nanoparticles and PE matrix composites were studied systematically. In this paper, the preparation methods of inorganic nanoparticles with different morphology were studied in order to prepare for the preparation of hollow nanoparticles and the study of motor mechanism. By introducing silane coupling agent 3-( isobutenyl) propyltrimethoxysilane (MPSs) to assist in the preparation of spherical Sio _ 2 by St?der method, the size of the obtained SiO2 nanoparticles can be well controlled and its in-situ functionalization can be achieved. In addition, ellipsoidal 伪 -Fe _ 2O _ 3 and layered MNO _ 2 were prepared by hydrothermal method. The morphology of inorganic nanoparticles was characterized by high power scanning electron microscope (SEM). The results showed that inorganic nanoparticles with different morphology were successfully prepared. This paper focuses on the preparation of polymer composite films with closed and isolated nano-pores by introducing polystyrene (PS) hollow nanoparticles into polyethylene (PE) resin substrates. Hollow PS nanoparticles were prepared by template method through core-shell PS@SiO2 nanoparticles. The composite films with closed and isolated pore structures were prepared by melt blending of hollow PS and PE. In order to highlight the effect of pore structure on dielectric properties, the SiO2 in PE/SiO2 and PE/PS@SiO2 was etched to obtain composite films with open or uncontrollable pore structure. The composite films were characterized by high power scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), impedance analyzer, contact angle tester and dynamic mechanical analyzer (DMA). The effects of different pore structures on dielectric constant, dielectric loss and hydrophobicity were analyzed. The influence of mechanical strength and other properties and the influence of frequency on dielectric constant and dielectric loss under certain porosity are explained by interfacial effect. When the content of pore-forming agent is 15.3wt, the porosity is 6.9 and the dielectric constant is 2.08. This value is lower than the dielectric constant calculated by the series model. Our work reveals that the introduction of HoPS not only reduces the porosity of the material, but also changes the properties of the PE matrix, resulting in the decrease of the dielectric constant.
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.4

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本文编号：1875912