低介电石墨烯/聚酰亚胺复合膜的结构与性能
发布时间：2021-09-17 10:09
聚酰亚胺（PI）具有优异的综合性能,广泛应用于电子电气产业。随着电子器件尺寸不断减小,要求作为电介质的PI具备更低的介电常数。降低PI介电常数的常用方法包括降低PI极化率（引入含氟结构、交联等）、降低PI密度（引入空气等）和引入纳米材料。本文结合上述三种方法,以石墨烯衍生物作为纳米填料,通过改变PI的化学结构和复合膜的制备工艺,在降低PI介电常数的同时保持或提高PI优异的力学性能等。将含戊二烯酮结构二胺单体（BAPO）通过共价键接枝到氧化石墨烯表面,制备光敏性改性石墨烯（FGO）。采用溶液共混法,以FGO为填料、BAPO和六氟二酐（6FDA）为单体,制备一系列FGO/光敏PI复合膜。研究表明,当复合膜受紫外光照射时,PI分子链中的C=C结构发生（2+2）加成反应,引入交联结构。当FGO添加量为0.5 wt%时,复合膜的介电常数从3.45降低至2.58,其拉伸强度、拉伸模量和玻璃化转变温度（Tg）则分别从98 MPa、2.03 GPa和303℃提高到109 MPa、4.24 GPa和327℃。通过调控紫外光照射复合膜的时间,可控制PI分子链交联程度,从而调控复合膜的...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
聚酰亚胺结构示意图
图 1-2 几种典型商品化 PI 膜结构[3]g.1-2 Structure of some typical commercialized PI films用的单体种类繁多，因此 PI 的结构和性能也具有多样性。发展到二主要有异构 PI、含氟 PI、含硅 PI、含磷 PI、液晶 PI 等[4]。含氟 P介电常数的材料，在微电子领域得到广泛应用，但其成本和力学性能，另外其高透光率和高 Tg使其能够应用于柔性太阳能电池和 OLED称聚酰亚胺硅氧烷，硅氧烷链段的引入在保持低介电常数和低吸水率加工性能，另外其对金属、玻璃、氧化铟锡（ITO）等的粘结性也有业中常被用作封装材料和刻蚀阻隔层，或者被用于气体分离系统[6]好粘接性，且可与金属离子结合，但是由于成本较高且含磷 PI 的热产业化[7]。液晶 PI 泛指的是主链上含有酯、酰胺、醚等基团的 PI，“纯到液晶态，即使其具有平面、刚性和线性的特征[8]。
图 1-3 以二酐和二胺为原料合成 PI 的路线示意图[9]Fig.1-3 Synthesis scheme of PI from dianhydride and diamine工艺主要有一步法和两步法[15-18]。工艺选用高沸点溶剂，通常做法是将二酐和二胺单体在 0~，而后在催化剂存在下升高温度（约 200 ℃），使得单体在备 PI。后处理时，酰亚胺化脱去的水和溶剂一同被蒸馏除去解的 PI。另外，活性较弱的单体也常常采用一步法制备 PI。甲酚、对氯苯酚等酚类，还有邻二氯苯、三氯代苯等多卤代以无法使用是因为聚酰亚胺的溶解度过低，难以得到大分子工艺是工业生产最常用的方法，即先通过二酐和二胺两种 N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺或 N-甲基吡咯烷酮中反应生成 PAA，然后再经过热酰亚胺化（300 ℃高温处理酐为脱水剂，以吡啶或异喹啉为催化剂）脱水闭环形成 PI。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一体化成型制备高性能聚酰亚胺纤维新技术[J]. 郑宁来. 合成技术及应用. 2017(02)
[2]Fluorinated Polyimide/POSS Hybrid Polymers with High Solubility and Low Dielectric Constant[J]. 汪称意,Wen-tao Chen,Chang Xu,赵晓燕,Jian Li. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(11)
[3]聚酰亚胺的合成方法及应用[J]. 俞国栋. 辽宁化工. 2013(05)
[4]氧化石墨的谱学表征及分析[J]. 黄桥,孙红娟,杨勇辉. 无机化学学报. 2011(09)
[5]酸碱处理对聚酰亚胺薄膜的表面改性[J]. 阙正波,王晓东,黄培,吕亮. 高分子材料科学与工程. 2010(05)
[6]聚酰亚胺表面化学改性的红外光谱研究[J]. 张欣,吴宜勇,何世禹. 河北工业科技. 2010(03)
[7]二层法双面挠性覆铜板的研制[J]. 张翔宇,梁立,茹敬宏,伍宏奎,刘生鹏,鹿海华. 绝缘材料. 2009(06)
[8]聚酰亚胺性能及合成方法[J]. 曹红葵. 化学推进剂与高分子材料. 2008(03)
[9]界面极化效应对AlxGa1-xN/GaN异质结pin探测器光电响应的影响[J]. 周建军,江若琏,姬小利,谢自立,韩平,张荣,郑有炓. 半导体学报. 2007(06)
[10]介电常数的概念研究[J]. 武岳山,于利亚. 现代电子技术. 2007(02)
博士论文
[1]PI/Al2O3三层纳米复合薄膜层间界面结构与性能研究[D]. 石慧.哈尔滨理工大学 2017
[2]低介电聚酰亚胺/冠醚主客体包合膜的制备[D]. 李阳.华南理工大学 2016
[3]石墨烯衍生物及其聚酰亚胺纳米复合膜的制备[D]. 严石静.华南理工大学 2014
[4]低介电常数聚酰亚胺/纯硅沸石杂化膜的制备[D]. 黄臻洵.华南理工大学 2013
[5]石墨烯及其典型聚合物纳米复合材料的制备方法、结构与机理研究[D]. 包晨露.中国科学技术大学 2012
[6]聚酰亚胺基介电复合材料的制备及其性能研究[D]. 贺国文.中南大学 2012
[7]碳纳米管和石墨烯的合成及其氮掺杂[D]. 王灿.华东理工大学 2011
[8]甚低介电常数聚酰亚胺/多金属氧酸盐复合薄膜的制备及性能[D]. 谭麟.华南理工大学 2010
[9]磁性多面体齐聚倍半硅氧烷（POSS）及其聚苯乙烯/POSS纳米复合材料的合成与表征[D]. 宋晓艳.北京化工大学 2006
[10]聚酰亚胺基高介电常数复合材料的设计、制备与性能研究[D]. 谢曙辉.浙江大学 2005
硕士论文
[1]一种柔性覆铜板用聚酰亚胺复合膜的制备及表征[D]. 矫龙.吉林大学 2014
[2]热塑性聚酰亚胺的制备及其在柔性覆铜板中的应用[D]. 崔成丽.南京理工大学 2012
[3]聚酰亚胺/纳米Al2O3三层复合薄膜的研究[D]. 宋玉侠.哈尔滨理工大学 2009
[4]含戊二烯酮结构的光敏聚酰亚胺的合成与表征[D]. 丁丽琴.中南民族大学 2007
本文编号：3398504
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
聚酰亚胺结构示意图
图 1-2 几种典型商品化 PI 膜结构[3]g.1-2 Structure of some typical commercialized PI films用的单体种类繁多，因此 PI 的结构和性能也具有多样性。发展到二主要有异构 PI、含氟 PI、含硅 PI、含磷 PI、液晶 PI 等[4]。含氟 P介电常数的材料，在微电子领域得到广泛应用，但其成本和力学性能，另外其高透光率和高 Tg使其能够应用于柔性太阳能电池和 OLED称聚酰亚胺硅氧烷，硅氧烷链段的引入在保持低介电常数和低吸水率加工性能，另外其对金属、玻璃、氧化铟锡（ITO）等的粘结性也有业中常被用作封装材料和刻蚀阻隔层，或者被用于气体分离系统[6]好粘接性，且可与金属离子结合，但是由于成本较高且含磷 PI 的热产业化[7]。液晶 PI 泛指的是主链上含有酯、酰胺、醚等基团的 PI，“纯到液晶态，即使其具有平面、刚性和线性的特征[8]。
图 1-3 以二酐和二胺为原料合成 PI 的路线示意图[9]Fig.1-3 Synthesis scheme of PI from dianhydride and diamine工艺主要有一步法和两步法[15-18]。工艺选用高沸点溶剂，通常做法是将二酐和二胺单体在 0~，而后在催化剂存在下升高温度（约 200 ℃），使得单体在备 PI。后处理时，酰亚胺化脱去的水和溶剂一同被蒸馏除去解的 PI。另外，活性较弱的单体也常常采用一步法制备 PI。甲酚、对氯苯酚等酚类，还有邻二氯苯、三氯代苯等多卤代以无法使用是因为聚酰亚胺的溶解度过低，难以得到大分子工艺是工业生产最常用的方法，即先通过二酐和二胺两种 N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺或 N-甲基吡咯烷酮中反应生成 PAA，然后再经过热酰亚胺化（300 ℃高温处理酐为脱水剂，以吡啶或异喹啉为催化剂）脱水闭环形成 PI。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一体化成型制备高性能聚酰亚胺纤维新技术[J]. 郑宁来. 合成技术及应用. 2017(02)
[2]Fluorinated Polyimide/POSS Hybrid Polymers with High Solubility and Low Dielectric Constant[J]. 汪称意,Wen-tao Chen,Chang Xu,赵晓燕,Jian Li. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(11)
[3]聚酰亚胺的合成方法及应用[J]. 俞国栋. 辽宁化工. 2013(05)
[4]氧化石墨的谱学表征及分析[J]. 黄桥,孙红娟,杨勇辉. 无机化学学报. 2011(09)
[5]酸碱处理对聚酰亚胺薄膜的表面改性[J]. 阙正波,王晓东,黄培,吕亮. 高分子材料科学与工程. 2010(05)
[6]聚酰亚胺表面化学改性的红外光谱研究[J]. 张欣,吴宜勇,何世禹. 河北工业科技. 2010(03)
[7]二层法双面挠性覆铜板的研制[J]. 张翔宇,梁立,茹敬宏,伍宏奎,刘生鹏,鹿海华. 绝缘材料. 2009(06)
[8]聚酰亚胺性能及合成方法[J]. 曹红葵. 化学推进剂与高分子材料. 2008(03)
[9]界面极化效应对AlxGa1-xN/GaN异质结pin探测器光电响应的影响[J]. 周建军,江若琏,姬小利,谢自立,韩平,张荣,郑有炓. 半导体学报. 2007(06)
[10]介电常数的概念研究[J]. 武岳山,于利亚. 现代电子技术. 2007(02)
博士论文
[1]PI/Al2O3三层纳米复合薄膜层间界面结构与性能研究[D]. 石慧.哈尔滨理工大学 2017
[2]低介电聚酰亚胺/冠醚主客体包合膜的制备[D]. 李阳.华南理工大学 2016
[3]石墨烯衍生物及其聚酰亚胺纳米复合膜的制备[D]. 严石静.华南理工大学 2014
[4]低介电常数聚酰亚胺/纯硅沸石杂化膜的制备[D]. 黄臻洵.华南理工大学 2013
[5]石墨烯及其典型聚合物纳米复合材料的制备方法、结构与机理研究[D]. 包晨露.中国科学技术大学 2012
[6]聚酰亚胺基介电复合材料的制备及其性能研究[D]. 贺国文.中南大学 2012
[7]碳纳米管和石墨烯的合成及其氮掺杂[D]. 王灿.华东理工大学 2011
[8]甚低介电常数聚酰亚胺/多金属氧酸盐复合薄膜的制备及性能[D]. 谭麟.华南理工大学 2010
[9]磁性多面体齐聚倍半硅氧烷（POSS）及其聚苯乙烯/POSS纳米复合材料的合成与表征[D]. 宋晓艳.北京化工大学 2006
[10]聚酰亚胺基高介电常数复合材料的设计、制备与性能研究[D]. 谢曙辉.浙江大学 2005
硕士论文
[1]一种柔性覆铜板用聚酰亚胺复合膜的制备及表征[D]. 矫龙.吉林大学 2014
[2]热塑性聚酰亚胺的制备及其在柔性覆铜板中的应用[D]. 崔成丽.南京理工大学 2012
[3]聚酰亚胺/纳米Al2O3三层复合薄膜的研究[D]. 宋玉侠.哈尔滨理工大学 2009
[4]含戊二烯酮结构的光敏聚酰亚胺的合成与表征[D]. 丁丽琴.中南民族大学 2007
本文编号：3398504
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