纳米硅铝氧化物杂化聚酰亚胺薄膜的结构和性能研究

摘要

有机-无机纳米复合材料综合了有机物和无机物各自的优点，在力学、热学、光学、电磁学及生物学等方面具有许多优异的性能，已经成为国内外新型复合材料研究的热点。纳米复合材料是一种新兴起的最富有生命力的材料之一，是二十一世纪最有前途的材料。与传统介质比较，纳米复合材料的电、热、机械性能有了很大的改善。无机纳米粒子杂化聚酰亚胺（PI）材料具有良好的耐电晕性能，美国杜邦公司生产的耐电晕性聚酰亚胺薄膜（Kapton100CR薄膜）已经在电子、电气等领域得到应用。 本文采用溶胶-凝胶法将硅铝氧化物纳米粒子掺杂到聚酰亚胺中，制备出一系列具有不同硅铝氧化物质量百分含量的聚酰亚胺杂化薄膜，并且分别利用耐击穿测试装置、耐电晕测试装置、扫描电子显微镜、热重分析仪等测试手段对薄膜的电学性能、耐电晕性能、表面形貌、热性能等方面进行了测试和表征。 扫描电镜结果表明制备的一系列杂化薄膜中纳米粒子的尺度在100nm以下，且均匀分散在有机相中，有机相和无机相形成了较好的纳米复合体系。纳米硅铝氧化物的含量不同，聚酰亚胺杂化薄膜的结构和性能也不同。随着纳米硅氧化物掺杂量的增加，聚酰亚胺杂化薄膜的击穿场强和热分解温度也相应的提高。在纳米硅氧化物的掺杂量为15wt％时的杂化薄膜击穿场强为360kV/mm，比纯膜的击穿场强提高了20％；而该杂化薄膜的热分解温度比纯膜提高了10℃；杂化薄膜的耐电晕寿命都比纯膜时间长，在纳米硅氧化物掺杂量为10wt％和15wt％时的杂化薄膜耐电晕时间是纯膜的5-6倍左右。通过以上的试验研究和分析测试说明，自制的一系列纳米硅铝氧化物杂化聚酰亚胺薄膜保留了聚酰亚胺原有的优异性能，纳米粒子充分发挥了其特殊性能，对聚酰亚胺改性起了非常重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究目的及意义

1.2 课题背景

1.2.1 国内外研究概况

1.2.2 发展前景

1.3 存在问题及研究方案

1.3.1 存在问题

1.3.2 本论文研究内容

第2章 基本理论

2.1 聚酰亚胺概述

2.1.1 聚酰亚胺的定义

2.1.2 聚酰亚胺的性能

2.1.3 聚酰亚胺合成方法

2.1.4 聚酰亚胺应用

2.2 纳米材料概述

2.2.1 纳米材料的定义

2.2.2 纳米材料的分类

2.2.3 纳米材料性质

2.3 聚酰亚胺/无机杂化材料

2.3.1 聚酰亚胺/无机纳米复合材料的种类

2.3.2 聚酰亚胺在(纳米)杂化材料制备中的特点

2.3.3 聚酰亚胺纳米杂化材料性能

2.4 本章小结

第3章 实验部分

3.1 溶胶-凝胶法制备纳米硅铝氧化物

3.1.1 溶胶-凝胶法的原理

3.1.2 溶胶-凝胶法的影响因素

3.2 聚酰亚胺的合成-两步合成法

3.3 主要原料及仪器设备

3.3.1 主要原料

3.3.2 仪器设备

3.3.3 原料的处理

3.4 杂化薄膜的制备

3.4.1 硅铝溶胶的制备

3.4.2 聚酰胺酸的制备

3.4.3 铺膜及亚胺化过程

3.4.4 聚酰亚胺薄膜的后处理

3.5 聚酰胺酸合成的影响因素

3.5.1 原料配比的影响

3.5.2 加料次序的影响

3.5.3 反应温度的影响

3.5.4 固体含量的影响

3.5.5 水分的影响

3.5.6 亚胺化过程的影响

3.6 杂化薄膜的影响因素

3.6.1 催化剂

3.6.2 成膜基底

3.6.3 聚合物的成膜形式

3.6.4 相容性

3.7 本章小结

第4章 结果与讨论

4.1 击穿场强的测试

4.1.1 击穿场强测试基本理论

4.1.2 击穿场强测试结果和分析

4.2 耐电晕测试

4.2.1 耐电晕基本理论

4.2.2 耐电晕测试结果及分析

4.3 耐热性测试

4.3.1 耐热性基本理论

4.3.2 耐热性测试结果及分析

4.4 表面形貌分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢