[发明专利]一种纳米复合的多孔聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合的多孔聚酰亚胺薄膜及其制备方法。这种多孔聚酰亚胺薄膜是通过以下的制备方法制得：1)将纳米颗粒与硅烷偶联剂进行反应，得到改性纳米颗粒；2)将聚酰亚胺与辅助添加剂溶于有机溶剂中，得到聚酰亚胺溶液；3)将聚酰亚胺溶液和改性纳米颗粒混合分散，再加入水混合，进行乳化，得到Pickering乳液；4)将乳液涂布在基底上，干燥可得。本发明的制备方法具有条件温和、成本低、操作过程和技术简便等特点。由于选用水滴和改性纳米颗粒，不仅廉价而且不需要额外的步骤除去，就可以在聚酰亚胺薄膜中引入气孔，降低介电常数，同时纳米颗粒的加入也可以改善薄膜的力学性能，有望应用于电子、微电子、航天等行业。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种纳米复合的多孔聚酰亚胺薄膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)因其刚性的骨架结构，以及大分子主链二元胺及二元酐电子转移络合物的形成而具有耐氧化性、耐热特性、耐辐射性、低温特性及耐药性等优点，在电子电气工业中具有广泛应用。然而，随着微电子器件向纳米尺度技术节点的持续推进，要求互连层电介质材料的介电常数小于2.0，以降低互连延迟和介电损耗。传统的PI介电常数介于2.9～3.4之间，难以满足未来微电子产业的要求。为此，低介电常数聚酰亚胺薄膜及其制备具有重要意义。

由Clausius-Mosotti方程可知，制备低介电常数PI有2种途径：第一种方法是降低分子极化率；第二种方法是减少极化分子密度。降低分子极化率的有效方法是引入含氟单体(ACS applied materialsinterfaces，2016，8，26352)或含氟粒子(氟化石墨)(Materials and design，2017，117，150)，但是C-F键的引入会使聚酰亚胺的机械性能和热稳定性降低。减少极化分子密度有两种方法，一是引入笼型结构(Macromolecules，2015，48，2173)，如聚倍半硅氧烷、冠醚等，笼型结构的引入增大了自由体积并减弱聚酰亚胺分子链之间的作用力，最终导致聚酰亚胺介电常数的降低；二是引入多孔结构(RSC advances，2015，5，37837)，典型的成孔剂包括聚乙烯醇(PVAL)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、聚醚(PEX)、以及无机填料二氧化硅(SiO₂)等。此外，不稳定侧链的分解同样可产生多孔结构(Advancedfunctional materials，2004，14，471)。但是这些引入多孔结构的方法中大多涉及复杂的合成以及后期的模板去除步骤，限制了其在更多领域中的应用。

发明内容

为了克服现有技术中制备低介电常数聚酰亚胺薄膜存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种纳米复合的多孔聚酰亚胺薄膜，本发明的目的之二在于提供这种纳米复合的多孔聚酰亚胺薄膜的制备方法。

本发明的发明构思是：采用Pickering(皮克林)乳液模板法，在聚酰亚胺薄膜中引入水滴作为致孔模板，可以引入气孔，降低薄膜的介电常数；同时掺入硅烷偶联剂改性的纳米颗粒，改善存薄膜的力学性能。具体来说，以聚酰亚胺有机溶液为连续相，水为分散相，采用硅烷偶联剂改性的纳米颗粒为乳液稳定剂，制备油包水的Pickering乳液，然后进行涂膜、冷冻干燥，得到纳米复合的低介电常数多孔聚酰亚胺薄膜。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种多孔聚酰亚胺薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)将纳米颗粒与硅烷偶联剂进行反应，得到改性纳米颗粒；

2)将聚酰亚胺与辅助添加剂溶于有机溶剂中，得到聚酰亚胺溶液；

3)将聚酰亚胺溶液和改性纳米颗粒混合分散，再加入水混合，进行乳化，得到Pickering乳液；

4)将乳液涂布在基底上，干燥，得到多孔聚酰亚胺薄膜。

优选的，这种多孔聚酰亚胺薄膜制备方法的步骤1)中，反应具体是：将纳米颗粒、溶剂和硅烷偶联剂混合，进行反应，得到改性纳米颗粒。