AgNWs@SiO2与均苯型PI基体复合方法及性能研究

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聚酰亚胺(PI)是一种具有优异综合性能的高分子材料,其在微电子封装材料中有较高的研究价值。然而,传统PI膜的热导率仅为0.16 W/(m·K)左右,在工作中不能及时散热,这对材料的使用寿命和设备的安全造成严重的负面影响。因此,在保持PI本身优异性能的情况下,改善PI的导热性能引起了人们的广泛关注。银纳米线(AgNWs)具有极佳的导热系数,作为导热填料可以有效提高PI的导热性能。而存在的问题是AgNWs作为导体,会大幅降低PI的绝缘性能,并且AgNWs易团聚,在PI基体中分散性差。本课题通过对AgNWs进行表面包覆处理,并采用静电纺丝技术来尝试解决上述问题,制备出导热性能好的新型PI复合薄膜。本课题采用多元醇法制备AgNWs,利用溶胶凝胶法对AgNWs进行二氧化硅表面包覆功能化,制备出核壳结构的AgNWs@SiO2。通过原位聚合法制备AgNWs/PAA和AgNWs@SiO2/PAA复合胶液,利用静电纺丝技术分别获得AgNWs/PAA和AgNWs@SiO2/PAA电纺纤维膜,通过浸渍法分别与各自经流涎法铺膜后的胶液复合,经热亚胺化后制备出电纺银纳米线/聚酰亚胺(E-AgNWs/PI)和电纺二氧化硅包覆银纳米线/聚酰亚胺(E-AgNWs@SiO2/PI)复合薄膜。再取部分AgNWs/PAA复合胶液采用流涎法铺膜后经热亚胺化制备出AgNWs/PI复合薄膜。通过x射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对AgNWs、AgNWs@SiO2和AgNWs@SiO2/PAA进行表征,并对复合薄膜的热导率、热失重、介电常数、介电损耗、体积电阻率进行了测试分析。研究结果显示:成功制备出长约20μm、直径大约为80 nm、长径比平均在250左右的纯度较高的AgNWs。在AgNWs表面成功包覆上一层厚度为20 nm左右的SiO2,包覆效果明显。AgNWs@SiO2/PAA电纺纤维丝的直径约为400 nm,成功将AgNWs@SiO2掺入纤维丝内部,并沿着纤维丝排列,以这种方式构成了PI复合薄膜的导热网络。随着填料含量的增加,复合薄膜的热导率均呈现逐渐增加的趋势,在填料质量分数为25%时,AgNWs/PI、E-AgNWs/PI和E-AgNWs@SiO2/PI的热导率分别为2.75 W/(m·K)、2.92W/(m·K)、2.8 W/(m·K),分别是是纯PI的17.2、18.2、17.5倍。AgNWs/PI、E-AgNWs/PI、E-AgNWs@SiO2/PI的热分解温度依次为573.1℃、596.2℃、583.9℃,其中E-AgNWs@SiO2/PI的热分解温度比纯PI提高了16.1℃。当填料含量相同时,E-AgNWs@SiO2/PI的介电常数和介电损耗均低于AgNWs/PI、E-AgNWs/PI的介电常数和介电损耗。在测试频率为100 Hz,AgNWs@SiO2的质量分数为25%时,E-AgNWs@SiO2/PI的介电常数和介电损耗分别为4.96和0.0116。在所制备的三种复合薄膜中,E-AgNWs@SiO2/PI的体积电阻率是最优的,为1.79×1013?·m。
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