《甚低介電常數聚醯亞胺/氟化石墨烯納米複合材料》是依託華南理工大學，由趙建青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：甚低介電常數聚醯亞胺/氟化石墨烯納米複合材料
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙建青
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微電子器件的飛速發展迫切需要所用的高分子介電材料具有甚低介電常數，本項目擬以傳統的低介電常數（3.4）聚醯亞胺（PI）為基材，引入氟化石墨烯（FG），利用後者的低極化率、納米孔道和空穴、龐大的界面效應以及優良的熱、機械性能，在保持PI原有綜合性能的同時，進一步顯著降低PI的介電常數。將採用超音波法在液相中剝離氟化石墨製備單分子層或薄層FG納米片，經化學活化帶上羧基和羥基等，並且進一步用氨基、環氧基等修飾，使之與前驅體聚醯胺酸分子鏈間形成強烈的氫鍵或/和化學鍵作用，實現均勻分布，獲得插層型納米複合結構，由此製備介電常數低至2.2的高性能PI/FG納米複合材料。本項目將為低介電常數高分子材料的研發提供新思路，對於超大規模積體電路互連繫統等用下一代介電材料的套用很有價值。
結題摘要
降低聚醯亞胺（PI）介電常數一直是材料科學中迫切需要解決的一個重要問題。本項目採用H2SO4-NaNO3-KMnO4法先對低F/C比氟化石墨進行氧化，再將氧化產物分散在N-甲基吡咯烷酮中液相超聲剝離，形成氟化度基本保持，片層橫向尺寸為亞微米級，層數1~3層的含氧氟化石墨烯（GFO）；以NaOH強鹼溶液對高F/C比氟化石墨改性，再超聲剝離所得氟化石墨烯F/C比降低，層數為2-14層。將氟化石墨烯與4,4’-二氨基二苯醚（ODA）、均苯四甲酸酐（PMDA）聚合，得到GFO/PI複合膜材料，當GFO用量為0.5wt%，複合膜的介電常數降至3.11；利用氟化石墨烯上的羥基、環氧基、羧基與ODA的氨基反應，得到氨基功能化的GFO，其能均勻地分布在PI中，用量為1.0 wt%時所形成的PI/GFO複合材料介電常數降至2.75；以聚乙二醇為插層劑，在超聲過程中剝離氟化石墨，得到單片層的氟化石墨烯，再原位聚合製備多孔PI/GFO複合膜，當GFO用量僅為0.30 wt%時介電常數由純PI膜的3.3降至2.2，且玻璃化轉變溫度從355℃提高到388℃，線性熱膨脹係數從48.7 ppm/K降低到24.9 ppm/K，楊氏模量從2.8 GPa提高到4.4 GPa，拉伸強度從118.0 MPa 提高到158.5 MPa，同時具備低介電常數和高熱、力學性能。此外，還利用光敏聚醯亞胺中的戊二烯酮結構發生光交聯限制電子極化，功能化石墨烯限制PI分子鏈的取向極化，使PI膜的介電常數降低；利用表面改性後的純矽沸石引入空氣，使4,4’-六氟亞異丙基鄰苯二甲酸酐-4, 4’-二氨基-2,2’-雙三氟甲基聯苯型PI介電常數降低；通過在PI主鏈上引入含氟取代基以及利用冠醚與主鏈之間氫鍵作用形成主客體包合物增大自由體積、降低介電常數等，開闢多個降低PI介電常數的新途徑。本項目培養博士研究生5名，其中2名已畢業，碩士研究生3名，在氟化石墨烯製備及降低聚醯亞胺介電常數方面發表SCI論文10篇，還有4篇論文正在投稿之中，申請發明專利3件，並推動聚醯亞胺薄膜作為柔性顯示基板在廣東省的套用研究。項目的研究對高性能氟化石墨烯的製備及降低PI介電常數提供了重要的依據。
