芳綸-氮化硼增強(qiáng)自修復(fù)復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、柔性電子元件具有能夠彎曲、拉伸并且能適應(yīng)于各種復(fù)雜表面的特點(diǎn)，正在成為許多應(yīng)用中使其具有顛覆性意義的器件，比如可穿戴的電子產(chǎn)品、植入式傳感器和替代性能源設(shè)備等。聚合物因其易于加工、介電常數(shù)可調(diào)、成本低及良好的成膜能力而成為應(yīng)用于微電子領(lǐng)域中電子器件絕緣和包裝的柔性介電材料的首選。然而，這些柔性介電電子器件中的一些功能性材料卻極易受到形變作用引發(fā)損傷，導(dǎo)致材料喪失功能，嚴(yán)重限制了器件的可靠性和壽命。本文針對(duì)這一問題，提出將功能化的無機(jī)氮化

2、硼納米粒子和有機(jī)芳綸微纖引入到具有自修復(fù)性能的聚合物體系中，通過原位法合成并制備了一種具有超分子結(jié)構(gòu)的自修復(fù)介電聚合物納米復(fù)合材料，使其在受到反復(fù)損傷后仍能夠恢復(fù)其原有的電性能、介電性能和熱傳導(dǎo)性，且材料在受到機(jī)械損傷后能夠恢復(fù)其結(jié)構(gòu)完整性。
　　采用化學(xué)溶劑超聲剝離法制備了具有六方對(duì)稱結(jié)構(gòu)的氮化硼納米片(BNNSs)，研究了制備過程中超聲處理時(shí)間、離心時(shí)間和速率對(duì)BNNSs尺寸大小、厚度等微觀結(jié)構(gòu)的影響。采用共價(jià)化學(xué)法，依次通過

3、強(qiáng)氧化劑過氧化二叔丁烷、“piranha”H2O2/H2SO4溶液和硅烷偶聯(lián)劑對(duì)制備的BNNSs進(jìn)行表面功能化修飾，制備了叔丁氧化氮化硼納米片BNNSs-TB、羥基化納米片BNNSs-OH和酰胺化納米片BNNSs-CONH2，研究了各功能化納米片的表面微觀形貌和結(jié)構(gòu)，并計(jì)算了氮化硼納米片表面接枝酰胺基團(tuán)的密度，接枝化修飾處理使氮化硼納米片具有更高的反應(yīng)活性參與到聚合反應(yīng)中，在聚合物中分散性更好。
　　以Leibler法制備的自修復(fù)

4、聚合物為基礎(chǔ)并加以改性，采用原位法將含有酰胺化基團(tuán)的BNNSs引入到此聚合物體系中替代了原有聚合物中尿素成分，制備了一種新型自修復(fù)介電納米復(fù)合材料。研究了納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、電絕緣性能、介電性能和熱導(dǎo)性能，結(jié)果表明，在自修復(fù)聚合物體系中引入了表面功能化的氮化硼納米片后，材料的電擊穿強(qiáng)度、電阻率、熱導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度均有大幅提高；系統(tǒng)研究了反復(fù)的機(jī)械損傷和修復(fù)過程對(duì)介電納米復(fù)合材料絕緣性能的影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料在同一斷口處反復(fù)經(jīng)歷5次損傷并

5、愈合后能夠完全恢復(fù)其原有電阻性；此外，針對(duì)氫鍵自修復(fù)體系易受周圍環(huán)境中水分影響的這一弱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)通過引入六方氮化硼納米片并利用其防潮的特性，大大減少了自修復(fù)納米復(fù)合材料對(duì)水分的敏感度，使其能夠在長(zhǎng)時(shí)間存放在含水量高的環(huán)境中也能保持其介電性能的穩(wěn)定性。
　　為了進(jìn)一步提高氮化硼增強(qiáng)聚合物基體自修復(fù)材料的機(jī)械強(qiáng)度和介電性能，在上述納米復(fù)合材料中引入了經(jīng)過高能共輻照接枝改性的國(guó)產(chǎn)芳綸微纖。研究了高能共輻照接枝過程中輻照介質(zhì)、輻照劑量對(duì)

6、三種不同型號(hào)國(guó)產(chǎn)芳綸IAF3、IAF3A和IAF12表面性能的影響，通過對(duì)比其表面形貌、表面元素組成、與去離子水和二碘甲烷液體接觸角和表面自由能，確定選取經(jīng)200kGy共輻照接枝處理的IAF3為有機(jī)增強(qiáng)體，并進(jìn)一步對(duì)其功能化改性以使其適用于自修復(fù)聚合物納米復(fù)合材料體系；研究了芳綸微纖摻雜BNNSs納米復(fù)合材料的力學(xué)性能和介電性能，結(jié)果表明摻雜有機(jī)芳綸微有效的提高復(fù)合材料的拉伸楊氏模量和電擊穿強(qiáng)度，對(duì)材料的介電常數(shù)和介電損耗影響不大。通過