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二氧化硅的加入還可以改善聚酰亞胺(PI)薄膜的性能？

日期：2022-01-18 瀏覽次數(shù)：次

對電子領(lǐng)域有了解的朋友，對聚酰亞胺（Polyimide，PI）薄膜肯定不陌生。聚酰亞胺是一類常見的具有酰亞胺重復(fù)單元的聚合物特種工程材料，具有適用溫度廣、耐化學(xué)腐蝕、高強(qiáng)度、高絕緣性能（10³赫茲下介電常數(shù)4.0，介電損耗僅0.004~0.007，屬F至H級絕緣）等優(yōu)點(diǎn)，它作為一種優(yōu)秀的工業(yè)電氣屏蔽材料在1961年時(shí)被杜邦公司首次推出。

發(fā)展到今天，聚酰亞胺已被廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域。因其在性能和合成方面的突出特點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是作為功能性材料，其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)得到充分的認(rèn)識(shí)，被稱為是“解決問題的能手”（problem solver），并認(rèn)為“沒有聚酰亞胺就不會(huì)有今天的微電子技術(shù)”。

超耐熱聚酰亞胺薄膜

一種可對應(yīng)5G高速、高頻的超耐熱聚酰亞胺薄膜

（來源：日本Kaneka）

二氧化硅可提高聚酰亞胺性能

由于聚酰亞胺是最好的屏蔽有機(jī)物之一，因此經(jīng)常被用于高頻電力變壓器（HFPT）匝間絕緣。

不過，HFPT內(nèi)部的高頻正弦波會(huì)加重器件內(nèi)部磁芯表皮的沖擊和接近效應(yīng)，導(dǎo)致相當(dāng)大的介電降解和熱增益。同時(shí)，由于界面上的熱失控通量密度大大低于相同間隙的氣隙崩潰幅值，在HFPT尖端失效處更容易發(fā)展蠕變放電，最終導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)失效。因此為了延長聚酰亞胺的使用壽命，研究其高頻蠕變放電并改善相關(guān)缺陷具有重要意義。

近日，就有一篇相關(guān)論文發(fā)表在《聚合物》雜志上，研究人員將不同摻雜的納米SiO₂引入到聚酰亞胺中進(jìn)行納米復(fù)合改性。對優(yōu)良電壓應(yīng)力放電壽命的測量結(jié)果表明，摻雜10%SiO₂的聚酰亞胺具有最長的使用壽命。

二氧化硅粉體

具體原理

據(jù)悉，聚酰亞胺中納米纖維的重構(gòu)可顯著提高其電暈阻抗、熱阻等性能，而在摻雜二氧化硅后，這些含硅顆粒的雜質(zhì)更是可以增強(qiáng)其抗氧化、絕緣等性。

研究發(fā)現(xiàn)，入射光對材料的放電行為有顯著影響。納米復(fù)合材料在近紫外和可見光區(qū)域的高吸附頻率隨著納米復(fù)合材料的加入而向高頻方向移動(dòng)，導(dǎo)致了紅移。這說明SiO₂加入后，SiO₂更能吸收可見光，容易形成粒子間傳導(dǎo)電子交聯(lián)，促進(jìn)聚酰亞胺載流子復(fù)合物的形成，改善材料的靜電相互作用，增強(qiáng)復(fù)合膜的壓縮性和發(fā)射靈敏度。

實(shí)驗(yàn)中，科研人員把10%的SiO₂分子和聚酰亞胺混合，在材料的形貌上顯示分布了更明亮的納米顆粒。40分鐘后，Si10粒子形成多角形的、明亮的無機(jī)相，該無機(jī)相對粒子的分散和降低粒子能量起著重要作用。結(jié)果表明，與標(biāo)準(zhǔn)聚酰亞胺相比，納米SiO₂的加入對界面的影響和所顯示的無機(jī)相整體上降低了放電強(qiáng)度和放電時(shí)間。

相對介電常數(shù)的變化