PI-SiO2三层复合薄膜结构及电学和热学性能研究.pdf

1、聚酰亚胺(PI)是一类含有酰亚胺环的高分子绝缘材料，具有优异的耐热性、耐磨性、耐化学性、高气体渗透性、电绝缘性等。聚酰亚胺材料广泛地应用于电力运输、能量存储、电机绝缘、航空航天等领域。无机纳米颗粒本身具有良好的物理化学特性，将无机颗粒掺入聚酰亚胺薄膜后，会使薄膜的电学性能、力学性能、热学性能、光学性能等大大提高。此外，由于三层结构复合薄膜结构特点，掺杂纳米SiO2颗粒的上下两层会减少电子与热量的纵向传导，保护中间纯PI层分子结构的完整性

2、，从而提高了电学性能和热学性能。
　　本文通过原位聚合法将表面改性的亲水型气相SiO2颗粒掺入到聚酰亚胺复合薄膜中，由于气相SiO2颗粒表面带电且存在活性羟基、吸附水分子导致颗粒呈亲水性，掺入薄膜中对薄膜的电学性能和热学性能有较大提升，选取纳米SiO2颗粒的掺杂组分依次为5wt.％、10wt.％、15wt.％、20wt.％、并且改进传统薄膜制备工艺，合成出与单层复合薄膜等厚度(30μm)的三层复合薄膜，其结构为SiO2-PI/PI

3、/SiO2-PI，上下两层为掺杂相同组分的纳米SiO2颗粒的杂化层，中间层为纯PI，且每层厚度均为10μm。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等测试手段表征纳米颗粒的分散状态及三层薄膜的表面和断面结构。在此基础上，利用电气强度测试仪、介电谱仪、耐电晕设备和差热热重分析仪研究三层结构对聚酰亚胺基复合薄膜的电学性能和热学性能的影响及机理。
　　通过纳米SiO2颗粒的TEM结果可以发现

4、，纳米SiO2颗粒的分散性较好，纳米粒径在10-20nm之间;纯PI薄膜及PI/SiO2纳米复合薄膜的FTIR和XRD测试表明，通过原位聚合法可以制备出亚胺化完全的PI薄膜及PI/SiO2纳米复合薄膜;采用SEM表征三层复合薄膜的表面及断面形貌可以看出，纳米SiO2颗粒均匀地分散在PI基体中，三层复合薄膜具有厚度均为10μm左右、界面清晰且层间没有相互渗透。
　　掺入改性的纳米SiO2单层和三层复合薄膜的介电性能均有提高，单层薄膜