二氧化硅的加入还可以改善聚酰亚胺(PI)薄膜的性能？
发布时间：
2022-01-06 11:55
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对电子领域有了解的朋友，对聚酰亚胺（Polyimide，PI）薄膜肯定不陌生。聚酰亚胺是一类常见的具有酰亚胺重复单元的聚合物特种工程材料，具有适用温度广、耐化学腐蚀、高强度、高绝缘性能（103赫兹下介电常数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业电气屏蔽材料在1961年时被杜邦公司首次推出。
发展到今天，聚酰亚胺已被广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是“解决问题的能手”（problemsolver），并认为“没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术”。
一种可对应5G高速、高频的超耐热聚酰亚胺薄膜
（来源：日本Kaneka）
由于聚酰亚胺是最好的屏蔽有机物之一，因此经常被用于高频电力变压器（HFPT）匝间绝缘。
不过，HFPT内部的高频正弦波会加重器件内部磁芯表皮的冲击和接近效应，导致相当大的介电降解和热增益。同时，由于界面上的热失控通量密度大大低于相同间隙的气隙崩溃幅值，在HFPT尖端失效处更容易发展蠕变放电，最终导致绝缘系统失效。因此为了延长聚酰亚胺的使用寿命，研究其高频蠕变放电并改善相关缺陷具有重要意义。
近日，就有一篇相关论文发表在《聚合物》杂志上，研究人员将不同掺杂的纳米SiO2引入到聚酰亚胺中进行纳米复合改性。对优良电压应力放电寿命的测量结果表明，掺杂10%SiO2的聚酰亚胺具有最长的使用寿命。
二氧化硅粉体
据悉，聚酰亚胺中纳米纤维的重构可显著提高其电晕阻抗、热阻等性能，而在掺杂二氧化硅后，这些含硅颗粒的杂质更是可以增强其抗氧化、绝缘等性。
研究发现，入射光对材料的放电行为有显著影响。纳米复合材料在近紫外和可见光区域的高吸附频率随着纳米复合材料的加入而向高频方向移动，导致了红移。这说明SiO2加入后，SiO2更能吸收可见光，容易形成粒子间传导电子交联，促进聚酰亚胺载流子复合物的形成，改善材料的静电相互作用，增强复合膜的压缩性和发射灵敏度。
实验中，科研人员把10%的SiO2分子和聚酰亚胺混合，在材料的形貌上显示分布了更明亮的纳米颗粒。40分钟后，Si10粒子形成多角形的、明亮的无机相，该无机相对粒子的分散和降低粒子能量起着重要作用。结果表明，与标准聚酰亚胺相比，纳米SiO2的加入对界面的影响和所显示的无机相整体上降低了放电强度和放电时间。
相对介电常数的变化
总而言之，随着SiO2粒子的掺杂，聚酰亚胺薄膜的介电值逐渐降低，其中复合材料的结构特征、光吸收质量和陷阱色散都起着重要作用。
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