PI/MOFs复合材料的制备及性能研究

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聚酰亚胺(PI)由于其突出的综合性能,特别是其电气绝缘性能,使其成为最有前景的柔性介质材料之一。为满足微电子行业向超大规模集成电路发展要求,需进一步的降低聚酰亚胺的介电常数。沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)具有突出的孔洞结构、较大的比表面积、良好的有机相容性等优点。本论文在PI基体中引入ZIFs制备ZIFs/PI复合材料,研究PI重复单元及ZIFs对PI介电性能的影响。用4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)和双酚A型二醚二酐(BPADA)作为单体合成不同重复结构单元的PI薄膜,将预处理过的ZIFs材料以不同质量分数添加到不同重复单元的PI中进行改性,制备出ZIFs/PI复合薄膜,并通过三层复合法制备PI/ZIFs-PI/PI复合薄膜,研究PI薄膜及复合膜的结构,以及热稳定性、吸水性及介电性能等。结果表明:(1)所制备的ODA-BPADA-BPDA型PI在温度450℃时没有出现质量损失。由于在高分子主链上引入了大体积基团,其吸水率和介电常数相比ODA-BPDA型聚酰亚胺明显下降,其中ODA-BPDA型聚酰亚胺的吸水率为1.224%,而含BPADA的聚酰亚胺中,PI(90%BPADA-ODA-10%BPDA)的吸水率最低,为0.966%。在1KHz外加电场下,ODA-BPDA型聚酰亚胺的介电常数为3.321,而含BPADA的聚酰亚胺中,PI(70%BPADA-ODA-30%BPDA)介电常数最高,为2.233,PI(50%BPADA-ODA-50%BPDA)的介电常数最低,为1.690。(2)聚酰亚胺由于ZIFs纳米颗粒的引入,其吸水率随ZIFs纳米颗粒的增加不断下降。其中ODA-BPDA型聚酰亚胺添加5 wt%ZIF-8后,PI的吸水率为0.89%,比纯PI吸水率下降了27.04%,而添加含量为5 wt%ZIF-67时,PI的吸水率为0.84%,较纯PI吸水率下降31.14%。ZIFs/PI三层复合材料中,ZIF-8含量为15 wt%时,PI的吸水率为0.66%,比纯PI吸水率下降了45.90%,而ZIF-67含量为15 wt%时,PI的吸水率为0.68%,较纯PI吸水率下降44.26%。(3)ZIFs纳米颗粒引入到聚酰亚胺基体中,所制备ZIF-8/PI复合材料的介电常数明显下降。在1 KHz频率下,ODA-BPDA型聚酰亚胺添加2 wt%ZIF-8的复合材料介电常数为0.951,介电损耗为0.0260。ZIF-67的含量为2 wt%的复合材料的介电常数为1.130,介电损耗为0.0379。所制备ZIF-8/PI三层复合材料,其中ZIF-8含量为5 wt%的复合材料介电常数为0.890,介电损耗为0.0202。5wt%ZIF-67/PI三层复合材料介电常数为0.960,介电损耗为0.0197。BPADA-ODA-BPDA型聚酰亚胺中,2wt%ZIF-8/PI(70%BPADA-ODA-30%BPDA)复合材料介电常数为1.042,介电损耗为0.0192。2 wt%ZIF-67/PI(90%BPADA-ODA-10%BPDA)复合材料介电常数为1.256,介电损耗为0.0178。在制备ZIF-8/PI三层复合材料中,2wt%ZIF-8/PI(10%BPADA-ODA-90%BPDA)复合材料介电常数为1.346,介电损耗为0.0192。2 wt%ZIF-67/PI(70%BPADA-ODA-30%BPDA)复合材料介电常数为1.337,介电损耗为0.0247。
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