[发明专利]一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用，所述聚酰亚胺介电薄膜的制备方法包括：将羧基化多壁碳纳米管和2，4‑二氨基苯酚进行缩合反应，得到键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管；再将键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管与芳香族二胺单体以及芳香族二酐单体进行缩聚反应，成膜后再进行热亚胺化反应，即得到所述聚酰亚胺介电薄膜。本发明提出的一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用，通过在聚酰亚胺合成中引入键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管，使所得聚酰亚胺介电薄膜在获得高介电常数和低介电损耗的同时，还具有优异的机械力学性能。

技术领域

本发明涉及电介质薄膜技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

聚酰亚胺是一种综合性能优越的高分子材料，广泛应用于航空航天、电子电器、船舶制造、化学化工等多个领域。因其突出的介电性能，且分子结构易于设计与调控，聚酰亚胺作为介电材料的应用领域涉及到微电子封装、绝缘电缆、电热冷却、储能电容器等方向。以前的研究大多专注于电力电子封装领域的低介电常数聚酰亚胺，近年来，因世界能源问题的凸显与科技的发展，各个领域对储能材料的介电性能都提出了新要求，可应用于介电储能的高介电常数的聚酰亚胺薄膜受到越来越广泛的关注。

制备高介电的聚酰亚胺基薄膜材料的方法主要有两种方法，一种是通过高介电陶瓷微粉与聚酰亚胺复合来满足，如翁凌等采用原位聚合法和高速砂磨法制备了纳米钛酸钡/聚酰亚胺高介电常数复合薄膜，当粉体的体积分数达到50％时，复合薄膜介电常数相较于纯膜提高了10倍(翁凌等，纳米钛酸钡掺杂聚酰亚胺基高介电复合薄膜的制备及性能，高分子科学与工程，2012，2:113-116)。但该方法的缺陷是由于材料自身的性能以及相关的提高介电常数的机理限制，致使高介电常数的复合材料需要高含量的陶瓷填充，极大地降低了聚合物基复合材料的柔韧性，易破坏材料的机械力学性能。另一种方法是将导电填料加入到聚酰亚胺基体中，利用渗流效应来提高复合材料的介电常数。如Fuan等人将纳米石墨片添加到聚偏氟乙烯中，制备了高介电的纳米复合材料(Fuan He，High DielectricPermittivity and Low Percolation Threshold in Nanocomposites Based on Poly(vinylidenefluoride)and Exfoliated Graphite Nanoplates，AdvanceMaterials，2009，21:710-715)。但导电填料在渗流阈值附近易形成局部导电通道，介电损耗过大，因而限制了这类高介电常数复合薄膜材料的应用范围。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种聚酰亚胺介电薄膜及其制备方法和应用，通过在聚酰亚胺合成中引入键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管，使所得聚酰亚胺介电薄膜在获得高介电常数和低介电损耗的同时，还具有优异的机械力学性能。

本发明提出的一种聚酰亚胺介电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、将羧基化多壁碳纳米管和2，4-二氨基苯酚进行缩合反应，得到键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管；

S2、将键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管与芳香族二胺单体以及芳香族二酐单体进行缩聚反应，成膜后再进行热亚胺化反应，即得到所述聚酰亚胺介电薄膜。

本发明中，在聚酰亚胺合成中引入键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管：(1)键合氨基苯并噁唑的多壁碳纳米管所具有的氨基可以与芳香族二酐单体发生反应，从而实现对聚酰亚胺分子链的多壁碳纳米管接枝，使得多壁碳纳米管因受到聚合物分子链运动的限制而难以接近，促使其在聚酰亚胺基体中均匀分散；(2)氨基苯并噁唑本身属于一种强极性的单体，它的加入有利于所得聚酰亚胺薄膜介电性能的进一步提高；(3)氨基苯并噁唑的键合也会减少碳纳米管形成导电通道的可能性，在提高所得聚酰亚胺介电性能的同时，将介电损耗控制在适当范围之内，最终制备出一种介电性能优异的聚酰亚胺介电薄膜。

优选地，所述羧基化多壁碳纳米管和2，4-二氨基苯酚的质量比为1:1-3；