聚酰亞胺表面功能化復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚酰亞胺(PI)是一種具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能、耐輻射性能和耐熱性能的高性能聚合物材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、微電子和通訊等高技術(shù)領(lǐng)域。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料提出了更高更新的要求，材料的研究在不斷地朝著高性能化、多功能化和低成本化方向發(fā)展。用無(wú)機(jī)納米粒子尤其是金屬或金屬氧化物納米粒子與聚酰亞胺材料進(jìn)行復(fù)合，是目前實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺材料功能化的一個(gè)重要方向，這種復(fù)合材料不僅結(jié)合了PI各方面的優(yōu)異性能，同時(shí)引入了金屬或金屬氧化納米粒子所特有的光、電

2、、磁以及催化等功能特性，在航空航天和微電子等許多領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，成為近年來(lái)聚酰亞胺材料研究的熱點(diǎn)之一。本文采用成品PI材料為基體，利用聚酰亞胺材料不耐水解的特性，通過(guò)基于表面改性的一系列方法制備了各種聚酰亞胺/金屬或金屬氧化物功能復(fù)合材料，對(duì)復(fù)合材料的表面微觀形貌，熱性能、機(jī)械性能以及光電磁等特性進(jìn)行了表征，考察了各種制備因素對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響，并探討了相關(guān)的機(jī)理。
　　 以均苯四酸酐/4，4'-二氨基二苯

3、醚(PMDA/ODA)基的PI薄膜為基體，以Co(NO3)2為鈷源，采用表面改性、離子交換和在空氣中熱處理的方法制備了具有半導(dǎo)體性質(zhì)和磁性的PI/四氧化三鈷(Co3O4)復(fù)合薄膜。通過(guò)控制表面改性和離子交換的條件，可以在PI薄膜表面生成一層完全連續(xù)的Co3O4層，Co3O4粒子的大小為15～40 nm，PI/Co3O4復(fù)合薄膜的室溫表面電阻可降至107Ω?？疾炝蒜掚x子的載入量對(duì)最終復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響，討論了連續(xù)的Co3O4層

4、形成的機(jī)理。PI/Co3O4復(fù)合薄膜保持了PI基體優(yōu)異的力學(xué)性能和熱性能，表面Co3O4復(fù)合層和聚酰亞胺基體之間具有良好的粘結(jié)性。
　　 以PMDA/ODA基的PI薄膜為基體，以Zn(NO3)2為ZnO的前驅(qū)體，通過(guò)表面改性、離子交換和在空氣中熱處理的方法制備了PI/ZnO復(fù)合薄膜。跟蹤了熱處理過(guò)程中ZnO納米粒子的形成、生長(zhǎng)過(guò)程和復(fù)合薄膜的光致發(fā)光性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比較其它的金屬氧化物納米粒子，氧化鋅的形成和生長(zhǎng)過(guò)程較為緩

5、慢，只有在350℃熱處理7 h以上，才能在復(fù)合薄膜的光致發(fā)光光譜上出現(xiàn)ZnO的紫外發(fā)射峰。同時(shí)研究了堿液處理和鋅離子交換條件對(duì)鋅離子摻雜量、最終復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、光致發(fā)光和熱性能的影響。所有在350℃熱處理7 h得到的PI/ZnO復(fù)合薄膜的光致發(fā)光光譜均呈現(xiàn)一個(gè)比較弱的紫外發(fā)射峰和一個(gè)寬而強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)射峰。PI/ZnO復(fù)合薄膜保持了母體PI優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。
　　 通過(guò)表面刻蝕離子交換法制備了PI/NiO復(fù)合薄膜，由于在熱處理過(guò)

6、程中有可能發(fā)生了聚酰胺酸鎳鹽的分解和生成的NiO納米粒子對(duì)周圍PI的催化降解作用，薄膜表面出現(xiàn)大量微米級(jí)的樹枝狀裂縫缺陷。當(dāng)在離子交換和熱處理過(guò)程中引入尿素沉淀處理過(guò)程時(shí)，可制得表面無(wú)明顯缺陷的PI/NiO復(fù)合薄膜。研究了堿液處理、尿素沉淀處理和熱處理?xiàng)l件對(duì)復(fù)合薄膜微觀形貌以及熱性能的影響。薄膜的XPS表征證明經(jīng)尿素處理后在薄膜表面生成了Ni(OH)2，熱處理后生成了立方晶型的氧化鎳粒子，NiO納米粒子的大小約為10 nm。PI/NiO

7、復(fù)合薄膜在室溫下呈現(xiàn)順磁性。聚酰亞胺/NiO復(fù)合薄膜保持了母體PI薄膜優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。采用稀氨水溶液在室溫下對(duì)含有鎳離子的PI薄膜進(jìn)行沉淀處理，熱處理后同樣可以制得表層NiO粒子均勻分散的PI復(fù)合薄膜。
　　 以PMDA-ODA基的PI薄膜為基體，以AgNO3為銀源，通過(guò)堿液處理、離子交換和在抗壞血酸溶液中室溫還原的方法制備了表面銀化的PI復(fù)合薄膜?？疾炝吮∧擅娴奈⒂^形貌、導(dǎo)電性和反射性隨堿液處理?xiàng)l件和還原時(shí)間的變化。PI/A

8、g復(fù)合薄膜的表面電阻幾乎都在1Ω/□以下，薄膜兩面的反射率最高可達(dá)到92.97％和83.55％。以自制的PMDA-ODA纖維為基體，分別以硝酸銀和銀氨溶液為銀源，用相同的方法制備了表面銀化的PI導(dǎo)電纖維。研究了表面處理?xiàng)l件和銀鹽種類對(duì)纖維表面形成連續(xù)銀層的影響。研究發(fā)現(xiàn)，控制合適的堿液處理和離子交換條件可在PI纖維表面形成完全連續(xù)的銀層，纖維的表面電阻可降到102Ω/cm左右。以銀氨溶液為銀源時(shí)，PI薄膜的銀化效率較高，在很低的銀鹽濃度