一种聚酰亚胺的制备方法、聚酰亚胺块体及其应用

本发明涉及电子材料，具体涉及一种聚酰亚胺的制备方法、聚酰亚胺块体及其应用。

背景技术：

1、随着集成电路和电子行业的快速发展，对高介电常数和高力学性能的材料需求越来越迫切。有机场效应晶体管(organic field-effect transistors,ofets)因其价格低廉，易于制造而且可以通过大面积溶液工艺制备而备受关注。关于ofets的研究大部分集中在新的有机半导体上，但栅极介质层性能(如介电常数、力学性能、表面能和表面粗糙度等)均会影响器件的性能。高性能ofets需要高介电常数、低漏电电流及良好力学性能的介质层，因此，制备兼具高力学性及高介电常数的介质层材料是有机场效应晶体管领域研究的重点。聚酰亚胺材料具备优异的机械性能、耐热性、耐化学稳定性，在ofets介质层材料中具有重要的应用前景。然而聚酰亚胺材料的介电常数通常在3-3.5之间，难以满足介质层材料对高介电性能的需求，因此，开发并制备出兼具高力学性能及高介电性能的聚酰亚胺材料意义重大。

2、为了提升聚酰亚胺材料的介电性能，通常在聚酰亚胺基体中引入石墨烯或引入导电颗粒。石墨烯表面缺乏活性基团，很难直接在聚酰亚胺材料界面间形成较强的相互作用，难以实现石墨烯在聚酰亚胺材料中的力学性能增强和介电提升的效果；导电颗粒引入聚酰亚胺基体中提升了介电性能，但导电颗粒分布均匀性直接影响聚酰亚胺材料的力学性能，难以实现聚酰亚胺材料高力学性能与高介电协同。因此，寻求一种兼具高力学性能和高介电聚酰亚胺的制备方法具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有制备技术难以实现高力学性能及高介电聚酰亚胺材料的协同，提供一种兼具高力学性能和高介电聚酰亚胺致密材料的制备方法。本发明提出冷烧结技术实现聚酰亚胺致密材料的制备，无需添加高导电粒子，利用聚酰亚胺致密结构实现高力学性能和高介电性能的协同。

2、本发明提供一种聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：

3、(s1)配置聚酰胺酸溶液：将二胺逐渐加入非质子极性溶剂中且在惰性气体中在20～30℃下搅拌8～12h，得到溶解完全的二胺溶液；再将二酐分多次加入上述混合溶液中，惰性气氛中搅拌生成聚酰胺酸溶液；

4、(s2)制备聚酰亚胺混合料：将一定量聚酰亚胺粉体置于研磨器具中，倒入适量(s1)中所述的聚酰胺酸溶液并研磨，得到混合均匀的聚酰亚胺混合料；

5、(s3)制备聚酰亚胺块体材料：将上述聚酰亚胺混合料置于模具中，在150～250℃温度和250～350mpa压力成型，冷烧结0.5～2h实现聚酰亚胺块体材料的制备。

6、进一步地，所述(s1)中所述二胺为oda、mda、mpd、ppd、和6fap任意一种或多种；所述二酐为pmda、bpada、bpda、6fda、odpa、btda任意一种或多种；所述非质子极性溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺。

7、进一步地，所述(s1)中所述二酐与二胺的摩尔比为0.9～1.1。

8、进一步地，所述(s1)中所述聚酰胺酸溶液的固含量为5～20wt％，黏度为5～10000cp。

9、进一步地，以质量比例计，所述(s2)中所述聚酰胺酸溶液加入量占所述聚酰亚胺粉体质量的5wt％～30wt％。

10、进一步地，所述(s1)中所述溶剂选自间甲苯酚、二甲基甲亚胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、丙酮中的至少一种。

11、进一步地，所述聚酰亚胺粉体的粒径为1～3μm。

12、本发明还提供一种聚酰亚胺薄膜，采用第一方面所述的聚酰亚胺的制备方法制备而成。

13、进一步地，所述聚酰亚胺的介电常数为4.03～4.53；和(或)所述聚酰亚胺的维氏硬度为17.02～18.45。

14、本发明的第三方面提供一种第二方面所述的聚酰亚胺薄膜在有机场效应晶体管中的应用。

15、应用本申请的技术方案，相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：

16、(1)本发明制备工艺操作简单且制备时间较短，改变模具尺寸能实现不同尺寸聚酰亚胺块体材料的制备，易于工业化生产。

17、(2)本发明采用冷烧结技术制备致密聚酰亚胺块体材料，解决了传统模压成型工艺中的高加工温度引起的交联聚合不均匀难题。

18、(3)本发明采用低温超高压冷烧结技术制备了内部织构均匀致密的聚酰亚胺块体材料，聚酰亚胺块体材料高力学性能及高介电性能协同。

技术特征：

1.一种聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述(s1)中所述二胺为oda、mda、mpd、ppd和6fap任意一种或多种；所述二酐为pmda、bpada、bpda、6fda、odpa、btda任意一种或多种；所述非质子极性溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺。

3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述(s1)中所述二酐与所述二胺的摩尔比为0.9～1.1。

4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述(s1)中所述聚酰胺酸溶液的固含量为5～20wt％，黏度为5～10000cp。

5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，以质量比例计，所述(s2)中所述聚酰胺酸溶液加入量占所述聚酰亚胺粉体质量的5wt％～30wt％。

6.根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述(s1)中所述溶剂选自间甲苯酚、二甲基甲亚胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、丙酮中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，所述(s2)中所述聚酰亚胺粉体的粒径为1～3μm。

8.一种聚酰亚胺薄膜，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的聚酰亚胺的制备方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的聚酰亚胺薄膜，其特征在于，所述聚酰亚胺的介电常数为4.03～4.53；和(或)所述聚酰亚胺的维氏硬度为17.02～18.45。

10.一种权利要求8或9所述的聚酰亚胺薄膜在有机场效应晶体管中的应用。

技术总结
本发明提供了一种聚酰亚胺的制备方法、聚酰亚胺块体及其应用。所述的聚酰亚胺的制备方法，用于克服现有制备技术难以实现高力学性能及高介电聚酰亚胺材料的协同的难题，包含以下步骤：将二胺加入极性溶剂中并搅拌溶解并多批次加入二酐交联聚合生成聚酰胺酸溶液；将上述聚酰胺酸溶液与聚酰亚胺粉体研磨得到混合均匀的聚酰亚胺混合料；将上述聚酰亚胺混合料置于高强模具中冷烧结实现致密聚酰亚胺块体材料的制备。所述的聚酰亚胺块体材料具备高力学性能及高介电特性，在OFETs介质层材料中具有重要的应用前景。

技术研发人员：滕超,张东洋,周含,王勇
受保护的技术使用者：深圳职业技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15