PI/AIN纳米复合薄膜制备与性能研究

摘要

聚酰亚胺(PI)以其优良性能在核电、航天和微电子等领域得到广泛应用。现代电子电工与电机技术快速发展，对PI性能要求越来越高。纳米杂化可有效提高PI某些性能，因此对本领域研究具有很高的实际应用意义。
　　 本文采用原位聚合法制备不同组分聚酰亚胺/氮化铝(PI/AlN)纳米复合薄膜，并进行介电谱特性、介电强度、绝缘性、耐电晕老化等电性能测试分析和SEM、小角SAXS射线分析、等温衰减电流、紫外-可见光谱分析等结构测试与分析;探索PI/AlN宏观性能和微观结构之间的联系与作用机理。
　　 采用SEM、小角散射等测试手段，研究不同组分的薄膜微观结构特性。结果表明，纳米AlN颗粒很好的镶嵌在PI基体中;PI/AlN复合薄膜散射曲线不遵循Porod定理，呈现对Porod定理的正偏离，有机相与无机相间过渡区存在电子密度起伏区域;纳米AlN组分高于5％，分形结构由质量分形转变为质量和表面双分形。
　　 介电性能测试表明，介电常数随组分的增加先降低后增加，无机AlN含量为0.5％时，复合薄膜的介电常数达到最低值;随着频率的增加，不同组分的复合薄膜的相对介电常数减小;随组分的增加，复合薄膜介电损耗在低频基本呈增大趋势;在组分为0.1％时，PI/AlN复合薄膜电阻率为1.51×1016Ohm.m，比纯PI电阻率提高一个数量级，在组分5％范围内，复合薄膜的绝缘性得到不同程度提高;随着纳米无机物含量的增加，PI/AlN复合薄膜交流击穿场强先增加后减小，但均高于130KV/mm;随AlN的增加，PI/AlN纳米复合薄膜的耐电晕时间显著增加，掺杂量为20％时，PI/AlN耐电晕时间为57.57h，是掺杂前的13.76倍;通过等温衰减电流，老化表面和紫外吸收度研究PI/AlN纳米复合薄膜耐电晕老化机理。研究结果表明，AlN掺杂纳米复合薄膜在较好保持纯聚酰亚胺基本介电性能的同时，显著提高了其耐电晕老化能力，并一定程度的降低了介电常数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究的内容

第2章 实验材料与测试方法

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．2 性能测试

(1)体积电阻率测试

(2)交流击穿场强测试

(3)介电谱测试

(4)等温衰减电流测试

(5)耐电晕测试

(6)紫外-可见光谱(UV-VIS)测试

2．3 结构表征

(1)扫描电镜(SEM)测试

(2)小角SAXS散射射线分析

第3章 PI/AIN纳米复合薄膜制备

3．1 聚酰亚胺合成原理

3．1．1 聚酰胺酸合成

3．1．2 聚酰胺酸亚胺化

3．2 氮化铝结构与性能特征

3．3 聚酰亚胺/氮化铝复合薄膜制备

3．4 本章小结

第4章 PI/AIN纳米复合薄膜结构

4．1 PI/AIN纳米复合薄膜断面形貌

4．2 PI/AIN复合薄膜散射体粒径分布

4．3 PI/AIN复合薄膜散射体系分形特性

4．4 PI/AIN复合薄膜散射体系密度分布

4．5 本章小结

第5章 PI/AIN纳米复合薄膜电性能

5．1 PI/AIN纳米复合薄膜介电性能

5．1．1 PI/AIN纳米复合薄膜介电松弛

5．1．2 PI/AIN纳米复合薄膜体积电阻率

5．1．3 PI/AIN纳米复合薄膜交流击穿场强性能

5．2 PI/AIN复合薄膜等温衰减电流与陷阱能级分布

5．2．1 PI/AIN复合薄膜等温衰减电流

5．2．2 PI/AIN复合薄膜陷阱能级分布

5．2．3 PI/AIN复合薄膜陷阱能级密度分布与SAXS关联性

5．2．4 PI/AIN复合薄膜陷阱能级对介电性能的影响

5．3 PI/AIN纳米复合薄膜耐电晕特性与机理

5．3．1 PI/AIN纳米复合薄膜耐电晕老化能力

5．3．2 PI/AIN纳米复合薄膜电晕老化机理

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢