聚酰亞胺納米泡沫薄膜的制備與性能.pdf

1、近年來，具有低介電常數(shù)的納米多孔材料在微電子工業(yè)中的應(yīng)用引起了極大的關(guān)注。由于聚酰亞胺(PI)具有高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的電學(xué)性能，因此在微電子工業(yè)中被廣泛用做介電材料。但是,介電常數(shù)在3.1～3.5的常規(guī)聚酰亞胺難以滿足未來微電子工業(yè)中介電常數(shù)小于2.5的要求。基于空氣的介電常數(shù)最低,因而在聚酰亞胺中引入孔隙制備聚酰亞胺納米泡沫介電材料已經(jīng)成為一個研究熱點(diǎn)。 本文通過傳統(tǒng)的兩步合成法，合成了主鏈含氟的聚

2、酰亞胺，然后通過氯甲基化反應(yīng)在聚酰亞胺主鏈中引入氯甲基基團(tuán)，并以此氯甲基化聚酰亞胺為大分子引發(fā)劑進(jìn)行原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)反應(yīng),合成了聚酰亞胺-苯乙烯接枝聚合物,最后控制適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行熱裂解,制備了一種新型的聚酰亞胺納米泡沫介電材料。主要包括以下三個方面的內(nèi)容： 1.通過偶氮二異丁腈(AIBN)引發(fā)苯乙烯(St)與對氯甲基苯乙烯(p-CMS)共聚，合成了二元共聚物P(St-co-CMS)，在氯化亞銅/四甲基乙二胺(CuC

3、l/TMEDA)催化下，以此二元共聚物為大分子引發(fā)劑引發(fā)甲基丙烯酸甲酯(MMA)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，成功的合成了結(jié)構(gòu)明晰的以聚苯乙烯為主鏈、聚甲基丙烯酸甲酯為支鏈的接枝共聚物P(S-g-MMA)。結(jié)果表明，用這種方法制備的接枝共聚物相對分子質(zhì)量分布較窄，支鏈數(shù)目及長度可控，接枝效率高達(dá)93.7％。此法的成功為本文以氯甲基化聚酰亞胺為大分子引發(fā)劑合成微相分離的聚酰亞胺-苯乙烯梳型聚合物提供了一個很好的模型。 2.以4,4’-六氟

4、異叉丙基二苯四酸二酐(6FDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)為單體制備了含氟聚酰亞胺(6FOD-PI)，并通過氯甲基甲醚與6FOD-PI反應(yīng)，將氯甲基引入PI 主鏈，合成了氯甲基化聚酰亞胺(CMPI)。1H-NMR和IR分析表明氯甲基化的反應(yīng)位點(diǎn)是ODA 單元的2-位或2,2’-位。時間和溫度是影響氯甲基化率的重要因素，故通過控制反應(yīng)條件可合成不同氯甲基化率的CMPI。 由于CMPI 有較好的溶解性，較高的熱穩(wěn)定性以及氯甲

5、基的化學(xué)反應(yīng)活性，有望進(jìn)一步引入脂肪族側(cè)鏈。 3.以CMPI為大分子引發(fā)劑，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法在聚酰亞胺主鏈上引入了合適長度的聚苯乙烯側(cè)鏈，得到微相分離的聚酰亞胺-苯乙烯梳型共聚物(CMPI-St)。SEM 表明聚苯乙烯鏈段均勻分布于聚酰亞胺連續(xù)相中； 熱分析表明該聚合物存在兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg1=82℃，Tg2=270℃)，熱不穩(wěn)定的聚苯乙烯支鏈在220℃即開始分解?？刂七m當(dāng)?shù)臏囟?Td﹤T﹤Tg)以及升