SiO2纳米管/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究

论文摘要

聚酰亚胺（PI）是一种高性能聚合物材料,有着优异的力学、热学和电学性能,在航空航天、微电子、低温超导等领域得到广泛的应用。现代电子技术等领域的快速发展,对聚酰亚胺的性能要求越来越高,采用纳米材料进行杂化制备纳米复合材料并改善聚酰亚胺的性能已成为近年来材料科学领域的研究热点。本论文先以TEOS为原料、酒石酸铵晶体为模板制备了SiO2纳米管,然后采用原位聚合法制备了不同含量的SiO2纳米管/PI复合薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、电子能谱（EDX）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、紫外-可见光光谱（UV-Vis）等手段对SiO2纳米管和复合薄膜的形貌和结构进行了表征和分析。研究了复合薄膜的力学（拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率和撕裂强度等）、热学（热稳定性、玻璃化温度、热扩散系数和热膨胀系数等）和电学（介电常数、介电损耗、体积电阻率和表面电阻率等）等各项性能。研究结果表明SiO2纳米管的产率较高、长径比较大且尺寸均匀,TEOS的滴加时间、静置时间和氨水的用量对其形成有较大影响;适量的SiO2纳米管在PI基体中能分散均匀,并能同时提高复合薄膜的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度;SiO2纳米管含量的增加,复合薄膜的透明性逐渐降低,玻璃化温度、体积电阻率和表面电阻率先增加然后逐渐降低,而介电常数和损耗因子先降低然后逐渐增加;SiO2纳米管的加入能大幅度地降低复合薄膜的热膨胀系数,并使其介电常数和损耗因子的频率稳定性和温度稳定性得到很大提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 聚酰亚胺概述
• 1.1.1 聚酰亚胺的发展
• 1.1.2 聚酰亚胺的国内外研究生产概况
• 1.1.3 聚酰亚胺的种类
• 1.1.4 聚酰亚胺的性能与应用
• 1.1.5 聚酰亚胺的合成方法
• 1.1.5.1 反应形成酰亚胺环的合成方法
• 1.1.5.2 带酰亚胺环单体缩聚的合成方法
• 1.2 聚酰亚胺纳米复合薄膜材料
• 1.2.1 聚合物纳米复合材料概述
• 1.2.2 聚酰亚胺纳米复合薄膜材料的研究现状
• 1.2.3 聚酰亚胺纳米复合薄膜材料的制备方法
• 1.2.4 一维纳米材料的研究现状
• 1.3 本课题的研究思路和研究内容
• 2纳米管的制备与表征研究'>第二章 SiO₂纳米管的制备与表征研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与设备
• 2.2.2 实验步骤
• 2纳米管的制备'>2.2.2.1 SiO₂纳米管的制备
• 2.2.2.2 酒石酸铵晶体模板的制备
• 2.2.3 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 SEM 分析
• 2.3.2 TEM 分析
• 2.3.3 EDX 分析
• 2.3.4 XRD 分析
• 2纳米管的形成机理'>2.4 SiO₂纳米管的形成机理
• 2.4.1 TEOS 的水解机理
• 2纳米管的形成机理'>2.4.2 SiO₂纳米管的形成机理
• 2.5 实验条件的影响
• 2.5.1 TEOS 滴加时间的影响
• 2.5.2 静置时间的影响
• 2.5.3 氨水用量及温度的影响
• 2.6 结论
• 2 纳米管/聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备与表征研究'>第三章 SiO₂纳米管/聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备与表征研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与设备
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 测试与表征
• 3.2.3.1 红外光谱分析
• 3.2.3.2 X 射线衍射分析
• 3.2.3.3 表面形貌与断口形貌
• 3.2.3.4 复合薄膜的密度
• 3.2.3.5 紫外可见光分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 红外光谱分析
• 3.3.2 X射线衍射分析
• 3.3.3 断口形貌分析
• 3.3.4 表面形貌分析
• 3.3.5 复合薄膜的密度
• 3.3.6 紫外可见光分析
• 3.4 结论
• 2 纳米管/聚酰亚胺纳米复合薄膜的力学和热学性能研究'>第四章 SiO₂纳米管/聚酰亚胺纳米复合薄膜的力学和热学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 性能测试
• 4.2.1 拉伸性能
• 4.2.2 撕裂性能
• 4.2.3 拉伸断口形貌的 SEM 分析
• 4.2.4 热稳定性和玻璃化温度
• 4.2.5 热膨胀系数和热扩散系数
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 复合薄膜的拉伸性能
• 4.3.2 复合薄膜的撕裂性能
• 4.3.3 复合薄膜的热稳定性
• 4.3.4 复合薄膜的热扩散系数
• 4.3.5 复合薄膜的热膨胀系数
• 4.4 结论
• 2 纳米管/聚酰亚胺纳米复合薄膜的电学性能研究'>第五章 SiO₂纳米管/聚酰亚胺纳米复合薄膜的电学性能研究
• 5.1 引言
• 5.1.1 材料的介电机理
• 5.1.2 影响介电常数和损耗因子的主要外界因素
• 5.2 性能测试
• 5.2.1 体积电阻率和表面电阻率
• 5.2.2 介电性能
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 复合薄膜的体积电阻率和表面电阻率
• 5.3.2 复合薄膜的介电性能
• 2纳米管的含量对复合薄膜介电性能的影响'>5.3.2.1 SiO₂纳米管的含量对复合薄膜介电性能的影响
• 5.3.2.2 复合薄膜介电性能的频率特性
• 5.3.2.3 复合薄膜介电性能的温度特性
• 5.4 结论
• 第六章 总结与对今后工作的建议
• 6.1 总结
• 6.2 存在的问题以及对今后工作的建议
• 参考文献
• 硕士期间发表和待发表文章目录
• 致谢