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二氧化硅的加入还可以改善聚酰亚胺(PI)薄膜的性能?
日期:2022-01-18    浏览次数:
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对电(dian)子领域有了解的(de)朋(peng)友,对聚酰亚胺(Polyimide,PI)薄膜肯定不陌生。聚酰(xian)亚胺(an)是一类常见的具(ju)有酰(xian)亚胺(an)重复单(dan)元(yuan)的聚合物特种工程材料(liao),具(ju)有适用(yong)温度(du)广、耐化学腐蚀、高强度(du)、高绝缘(yuan)性能(103赫(he)兹下介电常(chang)数4.0,介电损耗仅0.004~0.007,属F至H级绝缘)等优点,它作为一种优秀的工(gong)业电气屏蔽材料在(zai)1961年时被杜邦公司首次推出。

发展到(dao)今天(tian),聚酰亚(ya)胺已(yi)被广泛应(ying)(ying)用在航(hang)空(kong)、航(hang)天(tian)、微电(dian)子、纳米(mi)、液晶(jing)、分离膜、激光(guang)等领域。因(yin)其在性(xing)能和(he)合成(cheng)方面的(de)突出特点,不论是作为(wei)结构(gou)材(cai)料或是作为(wei)功能性(xing)材(cai)料,其巨大的(de)应(ying)(ying)用前(qian)景已(yi)经得到(dao)充分的(de)认识,被称为(wei)是“解决(jue)问题的(de)能手”(problem solver),并认为“没有聚酰亚胺(an)就不会有今天的微电(dian)子技术”。

超耐热聚酰亚胺薄膜

一种(zhong)可(ke)对应(ying)5G高速、高频的超耐热聚酰亚胺薄膜

(来源:日(ri)本Kaneka)

二氧(yang)化硅可提(ti)高聚(ju)酰亚胺性能

由于(yu)聚酰亚胺是最好的(de)屏蔽有机(ji)物之一,因此经常被(bei)用于(yu)高频电力(li)变压器(HFPT)匝间绝缘。

不过,HFPT内(nei)部的(de)(de)高频正弦波会加重(zhong)器(qi)件内(nei)部磁芯表(biao)皮的(de)(de)冲击和接近效(xiao)应,导致相当大(da)的(de)(de)介电降解和热增(zeng)益(yi)。同(tong)时(shi),由于界面上的(de)(de)热失控通量密(mi)度大(da)大(da)低于相同(tong)间(jian)隙的(de)(de)气(qi)隙崩(beng)溃(kui)幅值,在HFPT尖端失效(xiao)处更容易(yi)发展蠕(ru)变(bian)放电,最终(zhong)导致绝(jue)缘系统失效(xiao)。因此为了(le)延长聚酰亚胺的(de)(de)使用寿命,研(yan)究(jiu)其高频蠕(ru)变(bian)放电并改善相关(guan)缺陷具(ju)有(you)重(zhong)要意义。

近(jin)日,就有(you)一篇相关论文发表在《聚合物》杂志(zhi)上(shang),研究(jiu)人(ren)员(yuan)将(jiang)不同掺杂的纳米SiO2引(yin)入到聚(ju)酰亚胺中进行纳米复合改性。对优良电压应力放(fang)电寿命的(de)测量结果(guo)表(biao)明,掺杂10%SiO2的聚酰(xian)亚胺具有(you)最长的使用寿命。

二氧化硅粉体

二氧化硅粉(fen)体

具体(ti)原理(li)

据悉,聚(ju)酰(xian)亚胺(an)中纳米纤维的(de)(de)重构可显(xian)著提高其电(dian)晕阻(zu)抗、热阻(zu)等性(xing)能,而在掺(chan)杂(za)二氧(yang)化硅后(hou),这些含硅颗粒(li)的(de)(de)杂(za)质更是可以(yi)增(zeng)强其抗氧(yang)化、绝缘(yuan)等性(xing)。

研究发(fa)现,入射光对材料(liao)的放电行(xing)为有显著影(ying)响(xiang)。纳(na)米(mi)复(fu)合(he)材料(liao)在(zai)近紫外和可见光区域(yu)的高吸附频率随着纳(na)米(mi)复(fu)合(he)材料(liao)的加入而(er)向高频方向移(yi)动(dong),导致了(le)红移(yi)。这说明SiO2加入后,SiO2更(geng)能吸收可见光(guang),容(rong)易(yi)形成(cheng)粒(li)子(zi)间传导(dao)电子(zi)交联,促(cu)进(jin)聚(ju)酰亚胺载(zai)流子(zi)复合物的形成(cheng),改(gai)善材料的静(jing)电相互作(zuo)用(yong),增强复合膜(mo)的压缩性和发射(she)灵敏度。

实验(yan)中,科研(yan)人(ren)员(yuan)把10%的SiO2分(fen)子(zi)和聚酰(xian)亚(ya)胺(an)混(hun)合,在材料的形貌上显(xian)示分(fen)布了更明(ming)(ming)亮的纳米颗粒。40分(fen)钟后,Si10粒子(zi)形成(cheng)多角(jiao)形的、明(ming)(ming)亮的无(wu)机相,该无(wu)机相对粒子(zi)的分(fen)散和降低粒子(zi)能(neng)量起着重(zhong)要作用(yong)。结(jie)果表明(ming)(ming),与标准聚酰(xian)亚(ya)胺(an)相比,纳米SiO2的(de)加入对界面的(de)影响(xiang)和所显(xian)示的(de)无机相整体(ti)上降(jiang)低了(le)放电(dian)(dian)强度和放电(dian)(dian)时间。

相对介电常数的变化

相对介电常(chang)数的变化

总(zong)而言之,随着(zhe)SiO2粒(li)子的(de)掺杂,聚酰亚胺薄膜的(de)介(jie)电值逐(zhu)渐(jian)降(jiang)低(di),其中复合(he)材料的(de)结构特(te)征、光吸收(shou)质(zhi)量和陷阱色(se)散都起(qi)着重要作(zuo)用。

 

来(lai)源(yuan):azom

粉体圈Coco编译

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