546功能材料2005年第4期(36)卷

高介電常數(shù)聚酰亞胺/鈦酸鋇復(fù)合膜的制備與性能研究

朱寶庫(kù),謝曙輝,徐又一,徐志康

(浙江大學(xué)高分子科學(xué)研究所,浙江杭州310027)

3

摘　要:　通過(guò)將聚酰胺酸溶液與硅烷偶聯(lián)劑處理的鈦酸鋇(BaTiO3)粒子進(jìn)行溶液共混,亞胺化后得到高介電常數(shù)的聚酰亞胺/BaTiO3復(fù)合膜。改性后的Ba2TiO3粒子可以均勻地分散在聚酰亞胺基體中,制備過(guò)程中BaTiO3粒子未發(fā)生經(jīng)晶型改變,而聚酰亞胺分子鏈的堆積密度有所變化。復(fù)合膜的介電常數(shù)和介電損耗隨著BaTiO3粒子含量的增加而增加,在50%(體積分?jǐn)?shù))時(shí),介電常數(shù)可達(dá)35,介電損耗為0.(10kHz),定,關(guān)鍵詞:　聚酰亞胺;中圖分類號(hào):　TB332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):100129731(2005)0420546203

TiO3粒子購(gòu)于河北雄威陶瓷材料廠,粒徑為100nm。2.2　復(fù)合膜的制備

BaTiO3的改性方法為:將一定量的BaTiO3粒子

加入到95%乙醇溶液中,超聲分散后加入2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的ATPS,在70℃2h,然后過(guò)濾、干燥;[6]。聚酰亞/Ba3:先在溶劑DMAc3粒子,超聲下強(qiáng)力攪拌2h后,加,繼續(xù)攪拌24h后得到均勻的聚酰胺酸/BaTiO3懸浮液。將此懸浮液鋪展與潔凈玻璃板上,溶劑揮發(fā)后,于100、200和300℃分別亞胺化1h得到聚酰亞胺/鈦酸鋇復(fù)合膜樣品。2.3　樣品表征

1　引　言

由于聚合物/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料能夠保持兩組分

的優(yōu)點(diǎn),改善兩組分的缺點(diǎn),從而提高得到材料的綜合性能,因此得到廣泛的重視。鈦酸鋇(BaTiO3)作為一種最重要的高介電常數(shù)鐵電氧化物,在電子和光學(xué)工業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用[1,2],其中關(guān)于BaTiO3的高介電特性研究,目前主要集中在制備BaTiO3薄膜上。常見的制備BaTiO3薄膜的方法有水熱法[3]、溶膠凝膠法[4]、濺射法[5]等,但是這些方法需要復(fù)雜的設(shè)備、苛刻的實(shí)驗(yàn)條件以及很高的溫度,而且得到薄膜脆性很大,難以制備大面積、柔順性的高介電常數(shù)膜,與聚合物相結(jié)合制備聚合物基BaTiO3復(fù)合膜是克服這些缺點(diǎn)的主要手段之一。考慮到聚酰亞胺具有優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的機(jī)械性能,是一種高性能的聚合物材料,因而本文選用聚酰亞胺作為制備復(fù)合膜的基體。目前,雖然關(guān)于聚酰亞胺/BaTiO3體系的報(bào)道很少,但可以預(yù)見,聚酰亞胺/BaTiO3復(fù)合膜應(yīng)是一種具有良好綜合性能的高介電材料。因而,本文將研究利用溶液共混的方法制備聚酰亞胺/BaTiO3復(fù)合膜的方法,表征了膜結(jié)構(gòu),考察了膜熱性能和介電性能。

紅外(FT2IR)表征使用BrukerVector22FT2IR;樣品的晶相及組成用MacScienceM18X射線衍射儀測(cè)試;樣品的形貌使用CambridgeS260掃描電鏡(SEM)觀測(cè);熱失重(TGA)測(cè)試使用Perkin2ElmerTGA7熱分析儀(氣氛為N2,升溫速率為20℃/min);

介電性能的測(cè)試使用HP4276ALCR電橋,測(cè)試前在樣品的兩面涂導(dǎo)電銀膠作電極。

3　結(jié)果與討論

3.1　復(fù)合膜的紅外分析與化學(xué)結(jié)構(gòu)

對(duì)聚合物/無(wú)機(jī)介電材料而言,無(wú)機(jī)粒子的分散對(duì)于獲得較高介電常數(shù)的復(fù)合材料是極其重要的。有研究證明,使用分散劑處理無(wú)機(jī)粒子可以制備較高介電常數(shù)的鈦酸鋇/環(huán)氧復(fù)合材料,原因是使用分散劑可以提高聚合物和無(wú)機(jī)粒子間的相容性,有利于無(wú)機(jī)粒子在聚合物基體中更好地均勻分散。本研究中之所以選用APTS為分散劑,是因?yàn)锽aTiO3粒子表面大量的羥基可以與APTS的硅氧基團(tuán)發(fā)生水解反應(yīng),而APTS上的氨基可以與聚酰胺酸的羧基反應(yīng),從而提

高聚酰胺酸與BaTiO3粒子間的相容性,促進(jìn)BaTiO3粒子在聚酰亞胺基體中的均勻分散,提高復(fù)合材料的綜合性能。

圖1是改性和未改性的BaTiO3粒子、純聚酰亞胺以及聚酰亞胺/BaTiO3復(fù)合物的FT2IR譜圖。與未處理的BaTiO3粒子的FT2IR相比,APTS改性的BaTiO3粒子在1030和1140cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰,

2　實(shí)　驗(yàn)

2.1　實(shí)驗(yàn)材料

均苯四甲酸酐(PMDA)、二氨基二苯醚(ODA)、

N,N2二甲基乙酰胺(DMAc)、32氨丙基2三乙氧基硅烷(ATPS)均為分析純,使用前均經(jīng)過(guò)升華純化。Ba2