低介电多孔薄膜的制备及形成机制研究

摘要利用硅烷偶联剂KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基甲氧基硅烷)水解缩合生成的多面低聚倍半硅氧烷(POSS)溶胶为模板剂, 经热解制备低介电多孔薄膜材料. 使用FTIR对材料制备过程及形成机制进行动态研究, 通过 ²⁹Si NMR、 椭偏仪、 氮气吸脱附曲线和TEM等对材料的介电性质、 孔洞大小和分布情况进行表征. 制备的介电多孔薄膜材料孔洞分布均匀、 孔径约1 nm, 比表面积为384.1 m²/g, 介电常数为2.5的低.     

高储能密度聚酰亚胺/钛酸钡/水滑石复合薄膜的制备与性能

利用零维纳米粒子与二维纳米片在聚合物基体中的协同分散,构筑纳米粒子/二维纳米片/聚酰亚胺(PI)三元复合体系,系统研究了零维-二维组合纳米填料对复合材料介电常数、击穿强度、储能密度以及机械性能的影响.结果表明:采用氟碳表面活性剂插层修饰可以将水滑石剥离为水滑石二维纳米片(HT),在此纳米片溶液中分散钛酸钡纳米粒子(BT),并进行聚酰亚胺的原位聚合.在聚合物溶液形成薄膜的过程中,二维纳米片和纳米粒子的协同作用抑制了各自的团聚,改善了2种纳米填料在聚合物薄膜中的分散状况.在所制备的PI/BT/HT复合薄膜中,HT有利于改善BT在PI基体中的均匀分散,提高了薄膜的击穿强度,进而提升了复合薄膜的储能密度.与仅加入20%BT相比,在聚酰亚胺中同时加入2种填料20%BT和1%HT时,击穿强度达到354.4 kV/mm,储能密度达到2.58 J/cm3,分别提高了12.4%和14.6%.因此,在纳米粒子/聚合物复合材料中增加少量二维纳米片就可以显著改善其性能,这种方法有望在更多纳米复合功能材料领域得到应用.     

化学法制备低介电常数聚酰亚胺的研究进展

随着微电子工业的快速发展,为了提高大规模集成电路中芯片间的传输速度以满足高集成化的要求,需要层间绝缘材料具有较低的介电常数。聚酰亚胺已被广泛用于大规模集成电路的层间绝缘材料,降低其介电常数的研究在近年来受到了广泛关注。当采用化学方法降低介电常数时,调控聚酰亚胺的分子结构是基础;在聚酰亚胺中构建多孔结构则是进一步降低介电常数的有效手段。本文从调控分子结构和构建多孔结构的角度出发,综述了化学法制备低介电常数聚酰亚胺的研究进展,并对低介电常数聚酰亚胺的研究前景进行了展望。     

聚酰亚胺/二氧化硅/银杂化薄膜的制备及其结构与性能研究

采用溶胶-凝胶和原位自金属化相结合方法制备聚酰亚胺(PI)/二氧化硅(SiO2)/银(Ag)三元复合薄膜,通过红外(FTIR)、透射电镜(TEM)、动态粘弹谱仪(DMTA)等系统地考察了热处理过程中杂化薄膜结构形态变化以及SiO2含量对金属银向基体表面迁移情况和杂化薄膜各种性能的影响.实验结果表明,在热处理过程中可以同时完成聚酰胺酸的亚胺化、SiO2粒子的形成及银的还原,并且可以通过改变热处理温度和时间或改变SiO2含量来控制银粒子向聚合物基体表面的迁移.     

高介电常数石墨烯/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

在原位聚合制备氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料的过程中,加入季铵盐表面活性剂,抑制氧化石墨烯在高温亚胺化时的聚集,同时将氧化石墨烯原位还原,获得高介电常数的石墨烯/聚酰亚胺复合材料.结果表明,采用四丁基溴化铵和四丁基碘化铵作为还原剂,利用原位化学还原方法所制备的石墨烯/聚酰亚胺复合材料的介电常数超过聚酰亚胺薄膜40倍以上,复合材料的热稳定性和机械性能也优于聚酰亚胺薄膜.热重分析结果表明,在复合材料高温亚胺化过程中,季铵盐发生热分解,未残留在复合材料中.     

PLMA/PU共混纤维的制备与吸附性能

以聚乙烯醇(PVA)为分散剂,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,采用水相悬浮聚合法合成了聚甲基丙烯酸十二酯(PLMA),将其与聚氨酯(PU)共混、造粒、熔融纺丝制得PLMA/PU共混纤维.通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、单纤维强力仪及光学接触角测量仪等分析了纤维的结构与性能,同时研究了纤维对有机液体的吸附性能及循环使用性能等.研究结果表明,纤维具有良好的疏水亲油性,吸附后,纤维形态明显胀大;纤维对油性低分子有机物具有良好的吸附性能,其中对甲苯、三氯乙烯、柴油、煤油和含有原油(质量分数为10%)的甲苯溶液最大吸附率分别为4.86,8.1,2.42,2.04和3 g/g,吸附油品后的纤维经脱附可多次循环使用;PLMA对纤维吸附有机液体起决定作用,而PU的存在对纤维吸油时保持形态和纺丝成形起到重要作用.     

三维多孔Sn-Co合金负极制备及其电化学性能研究

采用化学镀方法制备三维多孔铜.以其作为集流体,借助电沉积制备三维多孔Sn-Co合金电极.X-射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析表明,以多孔铜为集流体制备的SnCo合金电极主要存在CoSn2相和纯Sn相,为三维多孔结构.充放电结果显示,三维结构SnCo合金电极比平面铜集流体上镀得的SnCo合金电极表现出更优越的充放电性能.前者的首次放电(嵌锂)容量为636.3mAh/g,充电(脱锂)容量为528.7mAh/g,首次库仑效率为83.1%,70周后容量为529.5mAh·g-1,保持率为82.6%.此外,还应用电化学阻抗初步研究了三维Sn-Co合金电极在充放电过程发生的嵌脱锂过程.     

PU/MOMMT纳米复合材料的制备与研究

纳米复合材料由于其纳米尺寸效应，表面效应以及纳米粒子与基体界面间强的相互作用，具有优于相同组分常规复合材料的力学、热学等性能，引起了人们的广泛关注。用纳米材料改性聚合物，制备纳米复合材料是获得高性能高分子复合材料的重要方法。1998年以来，Pinnavaia等首先制备了聚氨酯，蒙脱土（PU／MMT）纳米复合材料，研究了有机蒙脱土在聚醚中的分散性。其后Chen等将聚羟基己内酯/蒙脱土（PCL／MMT）纳米复合材料加入到PCL和二苯基甲烷-4，4＇-二异氰酸酯（MDI）合成的预聚体与1，4-丁二醇扩链反应后的溶液中，制备了PU／MMT纳米复合材料。少量PCL／MMT的引入可使复合材料的综合性能大幅提高。     

气致驱动聚苯胺/聚氨酯双层薄膜的制备与表征

以电纺聚氨酯（PU）纤维膜为基底,用滴涂聚苯胺（PANI）的方法,制备了具有不对称结构的PANI/PU双层薄膜气致驱动器。研究发现,在氯化氢气体的诱导下,该PANI/PU双层膜表现出弯曲-恢复的形变行为,这与氯化氢对聚苯胺的吸/脱附及掺杂/脱掺杂有关。此外,对驱动器承重的研究表明,PANI/PU双层人工智能肌肉可承重其自身重量的9倍以上,显示出良好的承重能力。该气致驱动器制备方法简单,其气体响应的驱动行为易于操作,具有重要的技术应用前景。     

硫/多孔碳纳米管复合材料的制备及电化学性能

为了解决单质硫导电性差、充放电过程中体积膨胀、中间产物多硫化物的穿梭效应等问题,将硫负载于一种高比表面积的多孔碳纳米管（PCNTs）,制备了S/PCNT复合材料,研究了其电化学性能。相比于S/CNT,S/PCNT的电化学性能有明显提升,这可归因于S/PCNT中的嵌入结构,为硫在充放电过程中的体积膨胀提供了缓冲空间,避免了硫与电解液的直接接触,进而有效限制多硫化物的溶解,从而缓解多硫化物的穿梭效应,使硫正极具有更好的循环稳定性。     

Preparation and Properties of Imidazole-containing Polyimide/Silica Hybrid Films

Imidazole-containing polyimide/silica（PI/SiO2） hybrid films were prepared from 3,3＇,4,4＇-biphenyltetra- carboxylic dianhydride（BPDA） and 2,2＇-di（p-aminophenyl）-5,5＇-bibenzimidazole in N,N-dimethylacetamide（DMAc） by sol-gel method and thermal imidization. The hybrid film with high silica mass fraction up to 40% was transparent. Scanning electron microscope（SEM） and transmission electron microscope（TEM） results of the film indicate a ho- mogeneous dispersion of silica nanoparticles in the polyimide matrix. One hybrid film PI/SiO2 with 15% SiO2 exhi- bits better mechanical properties with a tensile strength of 222 MPa, an elongation at break of 12%, and a tensile modulus of 5.66 GPa. The reinforced mechanism on mechanical Drooerties was also studied.     

Preparation, structure and properties of porous polyimide films via PAA/PU alloy

A new route to porous polyimide (PI) films with pore sizes in the nanometer regime was developed. A polyamic acid (PAA)/polyurethane (PU) blend with PU as the disperse phase was first prepared via in situ polymerization of pyromellitic dianhydride and 4,4-oxydianiline in PU solutions. Porous PI films were obtained from PAA/PU films by thermolysis of PU at 360°C and imidization of PAA at 300°C, respectively. Fourier transform infrared spectroscopy and thermal gravimetric analysis were used to detect the imidization and thermolysis processes of PAA/PU blends under thermal treatment. The microporous structure of the PI films was observed by transmission electron microscopy. It was found that the size and content of pores increased with an increase in the PU mass fraction in the PAA/PU blend up to 20%. Because of the existence of nanopores, the dielectric constant of PI films decreased by a wide margin and was less than 2.0 at a PU mass fraction of 20%. It implies that this is an effective means to reduce the dielectric constant of PI, but it also causes the decrease of tensile strength and the rise of water absorption. Translated from Chemistry Journal of Chinese Universities 2006, 27(1): (in Chinese)     

基于多层结构设计的高储能密度氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料

采用逐层涂布、 分层控制固化程度的方法, 利用聚酰胺酸(PAA, 聚酰亚胺前体)溶液和含有氧化石墨烯（GO）的PAA溶液制备了一系列由高绝缘性PI层与GO@PI介电层交替组合而成的界面清晰且紧密衔接的多层复合薄膜. 通过调控介电层中GO含量及分层结构, 使多层复合薄膜兼具高介电常数和高击穿强度特征. 结果表明, 三层复合薄膜PI/1.0GO@PI/PI的击穿强度为261.5 kV/mm, 储能密度达到1.27 J/cm³, 与相同介电层厚度的单层薄膜相比, 击穿强度和储能密度分别提高了97%和144%, 同时, 其介电损耗也保持在较低水平(tanδ=0.0079). 绝缘层和高介电常数层的协同作用提升了氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的储能密度. 这种简单的多层结构设计有利于氧化石墨烯/聚合物复合材料在介质储能领域的应用.     

可溶性聚酰亚胺共聚物的制备及其性能

通过共缩聚及改变单体加料顺序和方法,得到了两系列共聚型聚酰亚胺,并应用Fr-IR、UV、X射线衍射、TGA、机械性能测试等方法,对所得聚酰亚胺树脂的性能进行了表征。结果表明,所得共聚型聚酰亚胺树脂成膜性能良好,能够得到坚韧且具有弹性的薄膜材料,其在400～450nm区域的透过性能良好,在有机溶剂中的溶解性能显著增强,并保持了聚酰亚胺特有的良好机械性能及耐热性能。     

聚酰亚胺/SiO2杂化膜的制备、表征和气体渗透性能

采用溶胶凝胶法,在以TiO2为过渡层的硅藻土-莫来石陶瓷膜管基底上,制备了组分不同的聚酰亚胺/SiO2杂化膜。聚酰亚胺是利用4,4′-六氟亚异丙基邻苯二甲酸酐、2,4,6-三甲基-1,3-苯二胺和3,5-二氨基苯甲酸在溶液中进行亚胺化完成的。采用FT-IR、TG/DTA、DSC、SEM、BET和气体渗透测定对膜进行了表征和测试。结果表明,聚酰亚胺通过支链上的羧酸基和SiO2相键连织构成了具有规则孔道的空间网状结构,并且随着SiO2含量的增加孔径逐渐减小;杂化膜具有较高的热稳定性和有机无机兼容性;相对于聚酰亚胺膜,杂化膜对H2、CO2和H2O与N2相比较具有较高的分离性,SiO2含量为25(wt)%的杂化膜对H2/N2、CO2/N2和H2O/N2的分离因子分别达到55.9、31.1和42.8。     

Properties,Morphology and Structure of BPDA/PPD/TFMB Polyimide Fibers

The mechanical properties of fibers were notably improved by incorporating 2,2′-bis(trifluoromethyl)- benzidine(TFMB) into 3,3′,4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride(s-BPDA) and p-phenylenediamine(PPD) backbone. The best strength and modulus of BPDA/PPD/TFMB polyimide(PI) fiber(diamine molar ratio of PPD/TFMB= 90/10) were 1.60 and 90 GPa, respectively, which was over two times that of BPDA/PPD PI fiber. SEM image showed that the cross-section of fibers at each stage was round and voids free. Besides, the “skin-core” and microfibrillar structure were not observed. The thermal properties of PI fibers were also investigated. The results showed that the fibers owned excellent thermal stability, moreover, the structural homogeneity of fibers were significantly improved by heat-drawn stage. The T_g values were found to be around 300℃ by dynamic mechanical analysis(DMA). Wide angle X-ray diffraction(WAXD) and small angle X-ray scattering(SAXS) experiments indicated that the order degree of longitudinal and lateral stacks, the molecular orientation and the structural homogeneity of fibers were improved in the preparation process of fibers.     

溶胶-凝胶法在聚酰亚胺衬底上制备c轴取向ZnO薄膜

通过溶胶-凝胶工艺, 采用两步加热法在聚酰亚胺表面制备了具有c轴取向的ZnO薄膜. 通过差式扫描量热-热重分析(DSC-TGA)得出最佳的前热处理温度和后热处理温度分别为300和390 ℃. 通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的晶体取向和表面形貌进行了分析, 描述了ZnO薄膜在聚酰亚胺上的生长过程. 拉伸实验结果表明, ZnO薄膜与聚酰亚胺衬底有较强的附着力.     

反相浓乳液方法制备聚苯乙烯/二乙烯基苯结构型泡孔聚合物

通过反相浓乳液聚合方法制备了系列聚苯乙烯/二乙烯基苯(PS/DVB)泡孔聚合物.水作为分散相,其分散相体积分数可达90%;苯乙烯单体作为连续相,聚合后构成PS/DVB泡孔聚合物的结构骨架.用扫描电镜系统研究了乳化剂的浓度、分散相体积分数、添加不同沸点的溶剂等对泡孔聚合物断面形态的影响,并考察了泡孔聚合物对水和柴油的吸附情况.结果表明,不同工艺条件下可以制备出不同孔径的泡孔聚合物,加入不同沸点溶剂使得泡孔壁也形成了多孔结构.