[发明专利]一种三明治型聚酰亚胺复合薄膜、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种三明治型聚酰亚胺复合薄膜、制备方法及其应用，属于聚酰亚胺复合薄膜技术领域，所述复合薄膜为上下两层含笼型聚倍半硅氧烷的蜂巢状多孔结构和一层聚酰亚胺平膜的三明治型结构，所述制备方法为将聚酰亚胺、POSS和表面活性剂溶于有机溶剂中制备有机相；将去离子水与所述有机相混合、超声制备微乳液；将所述微乳液浇筑在聚酰亚胺平膜的上下两个表面，制备三明治型聚酰亚胺复合薄膜，本发明利用简单的水滴自组装过程将蜂巢状多孔结构、POSS和三明治型结构进行有机结合，从而实现降低聚酰亚胺薄膜介电常数的同时，抗水性能的提升以及机械性能的保持。

技术领域

本发明涉及聚酰亚胺复合薄膜技术领域，特别是涉及一种三明治型聚酰亚胺复合薄膜、制备方法及其应用。

背景技术

微电子和5G移动通讯技术的快速发展导致了对低介电材料的需求极大增加(J.Mater.Chem.C 2020,8,7476–7484)。与传统的无机低介电材料如氟硅酸玻璃、二氧化硅和沸石相比，有机聚合物材料由于具有较好的可加工性和机械性能从而备受青睐(Adv.Mater.2019,31,1806070–1–19)。由于聚酰亚胺优异的介电、抗腐蚀、机械和热性能等性能，常被作为介电材料应用于相关领域(ACS Appl.Mater.Interfaces 2020,12,33288–33296)。但是，聚酰亚胺薄膜的介电常数相对于日益发展的微电子和5G领域来说偏高，因此，有必要发展降低聚酰亚胺薄膜介电常数的方法，开发综合性能优异的低介电聚酰亚胺薄膜(Compos.Sci.Technol.2017,142,117–123)。

多种方法已被用于降低聚酰亚胺薄膜的介电常数，如含氟基团的引入(ACSSustainable Chem.Eng.2019,7,4078–4086)，具有较大自由体积的大体积基团或刚性基团的引入以及交联网络的形成(Macromolecules 2019,52,4601–4609；Polym.Chem.2020,11,1606–1613)。此外，多孔结构由于可携带大量介电常数为1的空气，所以也被引入到聚酰亚胺薄膜中从而降低其介电常数(Chem.Eng.J.2020,384,123231–1–9)。这些方法虽然可行，但是其缺点和局限同样不容忽视，如引入含氟基团和大体积及刚性基团时涉及的复杂合成步骤、较高的成本以及较低的产率等，引入多孔结构时涉及的复杂的模板去除步骤以及模板去除不完全等问题(ACS Appl.Mater.Interfaces 2014,6,15802–15812)。更值得注意的是，某些基团的引入会导致薄膜的吸水率显著增加，从而影响其耐用性和寿命，多孔结构的引入会导致薄膜机械性能的极大损坏，因此，在优化低介电聚酰亚胺薄膜的制备过程中，保证薄膜优异的机械性能、介电性能和抗水性能变得尤为重要。

大自然为功能材料的设计提供了无限的思路(Adv.Mater.2019,32,1904093–1–13)，其中蜂巢是典型的实例之一，蜜蜂用最少的蜂蜡建造了异常坚固的蜂巢，由于孔洞特有的六方堆积排列，使其具有低密度、高机械强度、优异的结构稳定性、绝热、绝声和抗水性能等(Int.J.Heat.Mass.Tran.2020,155,119699–1–10)。化学和材料学家发展了多种制备蜂巢状多孔结构的方法，包括光刻、软光刻、聚合物自组装和胶体晶体模板法等(Chem.Soc.Rev.2017,46,481–558)。然而这些方法通常涉及复杂的步骤、昂贵的仪器、多孔结构的破坏以及有毒溶剂的使用等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合性能(介电、抗水和机械性能)优异的夹心型低介电聚酰亚胺复合薄膜及其制备方法，所述制备方法简便、无毒、廉价，以解决现有的低介电聚酰亚胺薄膜制备过程中步骤复杂、原料昂贵、有毒物质的使用和薄膜的介电常数降低的同时抗水或机械性能被破坏等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

技术方案一：