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碳化钛/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能研究

作　者: 夏乾善
导　师: 翁凌
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 小分子有机物表面修饰碳化钛聚酰亚胺高介电常数
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在当今社会，高介电材料在微电子工业的应用越来越广，因此对介电材料的性能要求也越来越高。众所周知，传统的铁电陶瓷/聚合物基复合材料因为填料含量过高，导致其机械性能较差，严重影响了该类材料在嵌入式电容器中的应用。因此，制备出兼具优良介电性能和机械性能的新型介电功能复合材料已成为工程电介质材料研究领域亟待解决的关键问题之一。本文以具有高导电性的纳米碳化钛（TiC）粉体为填料，首先使用小分子有机物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、油酸(OA)及硅烷偶联剂(DB570)表面改性纳米TiC粒子，再利用原位聚合法将表面改性后的纳米TiC粒子添加到聚酰亚胺（PI）基体中，制备出一系列不同TiC含量的TiC/PI复合薄膜。采用扫描电子显微镜对TiC/PI复合薄膜的显微结构进行了分析，并对TiC/PI复合薄膜的电性能以及力学性能进行了测试。实验结果表明，不同小分子有机物改性后的纳米TiC粉体在PI基体中的分散性存在较大的差异。其中采用OA修饰后的TiC粉体在PI基体中分散得较为均匀，粒径在100-200nm之间，优于采用PVP及DB570改性后的TiC粉体。复合薄膜的介电性能分析显示，经过PVP修饰后的TiC粉体有利于提高复合薄膜的介电常数和降低介电损耗。当TiC粉体的含量达到15vol.%时，复合薄膜的介电常数和介电损耗分别为30.95和0.0043。DB570作为修饰剂有利于提高复合薄膜的介电常数，但不利于降低复合材料的介电损耗。当TiC粉体含量达到15vol.%时，复合薄膜的介电常数和介电损耗分别为110.05和1.1111。力学性能测试结果表明，掺杂了经OA和PVP修饰后的TiC纳米粉体的复合薄膜的拉伸强度与断裂伸长率均有一定程度的提高。当TiC粉体含量达到20vol.%时，经OA和PVP修饰后的TiC/PI复合薄膜的拉伸强度分别为86.30MPa和85.71MPa，断裂伸长率分别为5.51%和5.78%。随着TiC粒子体积含量的增加，复合薄膜的耐电击穿强度大幅下降。当TiC粒子含量达到20vol.%时，添加了DB570、OA和PVP修饰剂的复合薄膜的耐电击穿强度分别为11.24kV/mm、12.17kV/mm和10.87kV/mm。

碳化钛/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能研究

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