聚合物/无机纳米复合电介质薄膜具有优良的力学、电学、热学等性能，广泛用于电气工程和微电子技术领域。二氧化钛（TiO₂）具有宽禁带，在光学、电学和热学方面具有较强吸收紫外线能力、较高介电常数和较强的热传导能力等，无机纳米纳米粒子又具有独特的物理化学特性，使得聚酰亚胺基纳米TiO₂复合材料的研究得到广泛关注。本文采用原位聚合法制备不同组分和不同中间PI层厚的PI/TiO₂-PI-PI/TiO₂三层复合薄膜（30μm），中间层PI厚度分别为5μm（A1），10μm（A2），15μm（A3），20μm（A4）四个系列。TiO₂的掺杂含量依次为2%、3%、4%、5%、6%和7%。并通过SEM、XRD、SAXS和紫外光谱仪研究复合薄膜的结构性能；采用热失重仪、介电谱仪和电晕设备研究薄膜的热稳定性、介电谱和耐电晕时间。对比单层与三层复合薄膜的相关实验数据来研究组分及不同中间PI层厚对复合薄膜的性能产生的影响。三层薄膜断面显示对于中间层厚度的控制达到设计要求。纳米粒子在聚酰亚胺基质中分散均匀。XRD图谱显示纳米粒子的掺杂并没有影响PI的亚胺化，除PI谱特征峰外还有纳米TiO₂粉末的几个较强的特征峰，但强度较弱，说明纳米颗粒与PI基质作用较强。随掺杂含量的增加，在360-450nm波长范围内，复合薄膜吸光率加强，说明纳米颗粒的添加在PI基质中引入大量局部能态，改变复合薄膜的微观结构。SAXS测试表明，复合薄膜中存在界面层及层间过渡层，且界面层厚度在3.5nm左右；随组分增加，薄膜空间结构变得更加致密和均化，引入层结构，增加复合薄膜致密度和界面光滑度。随掺杂含量增加，三层薄膜的热稳定性先加强后减弱，4%wt掺杂A2系列薄膜的热稳定性最强且高于同组分掺杂的单层薄膜。此外，组分及层结构都能改变薄膜的介电参数，说明二者对其介电性能产生显著影响。当层结构一定时，随组分增加，耐电晕时间先增加后减小，4%wt组分薄膜电晕时间最长；当掺杂含量一定时，随中间层厚度增加，三层薄膜耐电晕时间先增加后减小再增加，中间层为10μm的薄膜（A2）的耐电晕时间最长并高于同组分掺杂的单层薄膜。本文研究结果表明，层结构和组分影响复合薄膜耐电晕性，存在结构最优值。论文建立三层PI/TiO₂复合薄膜结构及能带结构模型，解释复合薄膜体系耐电晕机理。