CN110491958A - 用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法，该柔性衬底包括含有芳基并恶唑结构的聚酰亚胺膜和掺杂在聚酰亚胺膜中的导热填料。该柔性衬底的制备方法是以二酐和含有芳基并恶唑的二胺作为原料进行原位聚合反应，其中掺杂导热填料，获得了含有芳基并恶唑的柔性衬底。本发明提供的柔性衬底具有良好的导热性能和耐高温性能，可应用在电子器件、航空航天等领域，也可应用在CIGS等薄膜太阳能电池中。本发明提供的制备方法工艺简单灵活，适于大规模生产。

Description

用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体来讲，涉及一种用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法。
背景技术
聚酰亚胺(PI)是一类分子主链中含有酰亚胺环状结构的聚合物。聚酰亚胺特殊的分子结构赋予了其优异的耐热性、良好的机械性能，被广泛应用于电气绝缘、微电子、液晶、航空航天等领域。聚酰亚胺薄膜材料作为柔性衬底在CIGS、CZTS等薄膜太阳能电池领域和其他光电器件领域具有广阔的市场前景。
在太阳能电池生长制备过程，特别是吸收层的制备过程，现有的作为柔性衬底的PI膜的导热性能较差，导致衬底温度与实际设置温度相差较大，严重影响了吸收层的高效制备。同时，虽然现有的PI薄膜材料具有很好的耐温性，但是热稳定温度普遍在350℃～450℃，尚未到达薄膜太阳能电池吸收层的高效生长温度。
发明内容
为解决上述现有技术中的聚酰亚胺薄膜材料的热稳定性能不足、导热性能差的问题，本发明提供了一种具有良好导热性能和耐高温性能的用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法。
为了达到上述发明目的，本发明提供一种用于薄膜太阳能电池的柔性衬底，包括聚酰亚胺膜和掺杂在所述聚酰亚胺膜中的导热填料；其中，所述聚酰亚胺膜中含有芳基并恶唑结构。
优选地，所述聚酰亚胺膜中还包含有芳基并咪唑结构。
优选地，所述导热填料为炭黑、石墨烯、碳纳米管或氮化硼。
优选地，所述聚酰亚胺膜中包含有联苯并恶唑结构和联苯并咪唑结构。
优选地，还包括设置于所述聚酰亚胺膜上的过渡层，所述过渡层的热膨胀系数小于所述聚酰亚胺膜的热膨胀系数。
本发明还提供一种上述用于薄膜太阳能电池的柔性衬底的制备方法，包括步骤：
在惰性气体氛围下，将第一二胺和导热填料溶于极性非质子溶剂中，形成溶液A；
将二酐加入所述溶液A中进行原位聚合反应，获得含所述导热填料的聚酰胺酸溶液；
将所述聚酰胺酸溶液制备成膜后进行亚胺化处理，制备获得柔性衬底；
其中，所述第一二胺含有芳基并恶唑结构。
优选地，所述聚酰胺酸溶液中还包含有芳基并咪唑结构：所述聚酰胺酸溶液是由所述第一二胺与第二二胺混合后再与二酐原位聚合反应生成的，或，所述聚酰胺酸溶液是由所述第一二胺和第二二胺分别与二酐原位聚合反应生成的溶液混合而形成的；其中，所述第二二胺含有芳基并咪唑结构。
进一步优选地，所述第一二胺为4,4'–([6,6']联[苯并恶唑基]-2,2'-二基)-双-苯胺，所述第二二胺为2,2’-双(4-氨基苯基)-5,5’-联苯并咪唑。
进一步地，所述第一二胺的制备步骤包括：在惰性气体氛围下，将二羟基联苯胺和氨基苯甲酸依次加入多聚磷酸中，获得第一混合溶液；然后将所述第一混合溶液阶梯式升温至200～210℃，获得第一二胺；
和/或，所述第二二胺的制备步骤包括：在惰性气体氛围下，将二氨基联苯胺和氨基苯甲酸依次加入多聚磷酸中，获得第二混合溶液；然后将所述第二混合溶液阶梯式升温至200～210℃，获得第二二胺。
优选地，所述聚酰胺酸溶液的粘度为1Pa·s～15Pa·s。
本发明提供的制备方法是以二酐和含有芳基并恶唑结构的二胺作为原料进行原位聚合反应，并掺杂导热填料，获得了具有良好导热性能和耐高温性能的用于薄膜太阳能电池的柔性衬底。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1为实施例2中柔性衬底的结构示意图；
图2为实施例2依据的制备柔性衬底的流程图；
图3为实施例2中柔性衬底的TGA曲线；
图4a和图4b为实施例2的中柔性衬底底层的截面SEM图；
图5a和图5b为实施例2的中柔性衬底底层的表面SEM图；
图6为实施例3中柔性衬底的结构示意图；
图7为实施例3依据的制备柔性衬底的流程图；
图8a～8d为实施例3中整个柔性衬底的截面SEM图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
聚酰亚胺薄膜材料常被用来制作光电器件中的柔性衬底，本发明的发明人基于现有技术中的聚酰亚胺薄膜材料存在的热稳定性能不足、导热性能差的问题，提供了一种具有良好导热性能和耐高温性能的、用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法。
本发明提供的用于薄膜太阳能电池柔性衬底，包括聚酰亚胺膜和掺杂在所述聚酰亚胺膜中的导热填料；其中，所述聚酰亚胺膜中含有芳基并恶唑结构。
在具体实施例中，聚酰亚胺(PI)膜中还可以包含芳基并咪唑结构。
值得说明的是，芳基并恶唑结构与芳基并咪唑结构对于PI的耐高温性能都有显著的提高效果。但对于玻璃转变温度(Tg)，含芳基并咪唑结构的PI的Tg更高；对于热分解温度(Td)而言，相较于含单咪唑或单恶唑结构的PI，含有双咪唑或双恶唑结构的PI的Td更高。因此，在具体实施例中优选采用含有联苯并恶唑结构和联苯并咪唑结构的PI。
虽然传统的PI薄膜材料具有很好的耐温性，但是热稳定温度普遍在350℃～450℃，尚未到达薄膜太阳能电池吸收层的高效生长温度，本发明提供的柔性衬底的热分解温度Td(5％)高达585.39℃，优异的耐高温性能可以保证薄层太阳能电池的吸收层的高效制备，尤其适合应用于CIGS、CZTS薄膜太阳能电池中。
另外，太阳能电池的使用环境也要求柔性衬底具有低吸水率，而单恶唑结构的引入对于降低PI的吸水率具有不错的效果。含单咪唑PI的吸水率为4.1％，而含单恶唑结构的PI的吸水率为0.92％。
导热填料具有良好的导热性能，其作用是及时传导光电功能器件的制备过程中的热量，使柔性衬底的温度尽可能接近实际的设置温度。在具体实施例中可以采用炭黑、石墨烯、碳纳米管或氮化硼作为导热填料。
普通的PI薄膜材料，尺寸稳定性与太阳能电池生长的背电极，如钼(Mo)背电极，不匹配：传统PI薄膜具有较大的热膨胀系数(CTE)，会导致背电极脱落和聚酰亚胺薄膜卷曲。为解决这一问题，在具体实施例中，柔性衬底还包括设置于聚酰亚胺膜上的过渡层。过渡层的CTE(在15～17ppm/K范围内)，小于聚酰亚胺膜的CTE(在30～60ppm/K范围内)，大于背电极的CTE(在5～7ppm/K范围内)。
当背电极材料为钼时，过渡层优选为铜箔，进一步优选其厚度在50nm～100nm。
本发明的实施例提供了上述柔性衬底的制备方法，包括步骤：
在惰性气体氛围下，将第一二胺和导热填料溶于极性非质子溶剂中，形成溶液A；其中，第一二胺含有芳基并恶唑结构。
将二酐加入溶液A中进行原位聚合反应，获得含导热填料的聚酰胺酸溶液。
将聚酰胺酸溶液制备成膜后进行亚胺化处理，获得聚酰亚胺复合膜柔性衬底。
其中，反应原料的加入顺序也可以互换，也就是说，可以先将二酐加入极性非质子溶剂中，然后再加入第一二胺和导热填料。
惰性气体是指不参与反应的气体，用以隔绝空气。在一种具体实施例中，优选为氮气、氖气或氩气。
在具体实施例中，聚酰亚胺膜中还可以包含芳基并咪唑结构。
在具体实施例中，第一二胺为4,4'–([6,6']联[苯并恶唑基]-2,2'-二基)-双-苯胺，其结构式为：
在具体实施例中，极性非质子溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
在具体实施例中，二酐为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐或3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐。此处只列出了较为常用的二酐，也可以选择其他不常用的二酐作为反应原料之一。
在具体实施例中，亚胺化处理的方法为：将聚酰胺酸溶液涂覆在刚性衬底上，预烘干后在惰性气体氛围下，从60℃～80℃开始进行阶梯式升温，升温至330℃～370℃。具体地，阶梯式升温的程序为：依次在60℃～80℃、120℃～150℃、200℃～220℃、280℃～300℃条件下各保持1～2h，在330℃～370℃条件下保持0.5～1h。
当PI膜包含有联苯并恶唑结构和联苯并咪唑结构时：
聚酰胺酸溶液的制备过程可以是：由第一二胺、第二二胺与导热填料混合后再与二酐原位聚合反应12～24h生成。也可以是：第一二胺、二酐与导热填料先进行原位聚合反应，得到第一聚酰胺酸溶液，第二二胺、二酐与导热填料先进行原位聚合反应，得到第二聚酰胺酸溶液，再将第一聚酰胺酸溶液和第二聚酰胺酸溶液混合。
在具体实施例中，第二二胺为2,2’-双(4-氨基苯基)-5,5’-联苯并咪唑，其结构式为：
在具体实施例中，第一二胺的制备步骤包括：在惰性气体氛围、70℃～80℃条件下，将二羟基联苯胺和氨基苯甲酸依次加入多聚磷酸中，获得第一混合溶液；然后将第一混合溶液阶梯式升温至200℃～210℃，获得第一二胺。其中，二羟基联苯胺和氨基苯甲酸的物质的量之比为1:2～2.1，多聚磷酸的质量与二羟基联苯胺和氨基苯甲酸的总质量之比为6～10:1。
在具体实施例中，第二二胺的制备步骤包括：在惰性气体氛围、70℃～80℃条件下，将二氨基联苯胺和氨基苯甲酸依次加入多聚磷酸中，获得第二混合溶液；然后将第二混合溶液阶梯式升温至200℃～210℃，获得第二二胺。其中，二氨基联苯胺和氨基苯甲酸的物质的量之比为1:2～2.1，多聚磷酸的质量与二氨基联苯胺和氨基苯甲酸的总质量之比为6～10:1。
二酐相对其他原料，更容易吸潮导致水解而影响分子量的大小，所以优选二胺(二胺包括第一二胺和第二二胺)与二酐的物质的量之比为1:1～1.12。但水解对共聚反应的影响很小，特别是在原料都是十分干燥且添加原料的速度很快的情况下。
在具体实施例中，聚酰胺酸溶液的粘度为1～15Pa·s。若二胺与二酐的含量过高，会导致聚酰胺酸溶液粘度太大，爬杆现象严重，甚至无法涂膜。如果二胺与二酐的含量过低，会导致聚酰胺酸溶液粘度太小，后续涂膜时由于自流平性会导致涂膜厚度无法控制。因此，优选二胺与二酐的质量占极性非质子溶剂质量的8％～12％。
在具体实施例中，导热填料占二胺、二酐和导热填料总质量的5％～25％。可以采用炭黑、石墨烯、碳纳米管或氮化硼作为导热填料，由于炭黑对于PI膜的膜强度有一定的增强作用，因此进一步优选炭黑作为导热填料。
导热填料的导热系数与粒径有关，因此，在具体实施例中，进一步优选炭黑的粒径为1nm～100nm。
以下将结合具体的实施例来说明本发明的上述用于薄膜太阳能电池的柔性衬底及其制备方法，本领域技术人员所理解的是，下述实施例仅是本发明上述柔性衬底及其制备方法的具体示例，而不用于限制其全部。
实施例1
本实施例提供了4,4'–([6,6']联[苯并恶唑基]-2,2'-二基)-双-苯胺和2,2’-双(4-氨基苯基)-5,5’-联苯并咪唑的制备方法。
(1)合成4,4'–([6,6']联[苯并恶唑基]-2,2'-二基)-双-苯胺：
在N2气体氛围保护下，向装有机械搅拌的烧瓶中加入150g的多聚磷酸(PPA)，设置初始温度为70℃。将10.8135g的3,3'-二羟基联苯胺(即0.05mol)和14.3997g对氨基苯甲酸(即0.105mol)依次加入到反应烧瓶中，并加入少量氨基保护剂和干燥剂；缓慢升温至110℃，保持2h；再缓慢升温至200℃，保持6h。然后将反应溶液倒入去离子水中，静置过滤，对滤饼进行pH调节，将滤饼水洗过滤后进行真空烘干，收集获得未纯化的二胺，再用乙醇和H2O重结晶提纯获得纯化的第一二胺，即4,4'–([6,6']联[苯并恶唑基]-2,2'-二基)-双-苯胺(BAPBBOA)。
(2)合成2,2’-双(4-氨基苯基)-5,5’-联苯并咪唑：
在N2气体氛围保护下，向装有机械搅拌的烧瓶中加入150g的多聚磷酸(PPA)，设置初始温度为70℃。将10.7135g的3,3'-二氨基联苯胺(即0.05mol)和14.3997g对氨基苯甲酸(即0.105mol)依次加入到反应烧瓶中；缓慢升温至110℃，保持2h；再缓慢升温至200℃，保持6h。然后将反应溶液倒入去离子水中，静置过滤，对滤饼进行pH调节，将滤饼水洗过滤后进行真空烘干，收集获得未纯化的二胺，进一步升华提纯获得纯化的第二二胺，即2,2’-双(4-氨基苯基)-5,5’-联苯并咪唑。
实施例2
本实施例提供了一种柔性衬底。其结构示意图参见图1。
参照图1，柔性衬底包括聚酰亚胺膜(PI膜)11和炭黑12，炭黑12掺杂在聚酰亚胺膜11中；其中，聚酰亚胺膜含有芳基并恶唑结构。
图2是根据本实施例的柔性衬底的制备方法流程图。参照图1和图2，柔性衬底的制备方法包括步骤S1～S3。
在步骤S1中，在N2气体氛围下，将第一二胺、第二二胺和炭黑溶于N,N-二甲基乙酰胺中，形成溶液A。
具体来讲，是在N2气体氛围保护下，取4.1845g(即0.01mol)实施例1获得的第一二胺、4.1645g(即0.01mol)实施例1获得的第二二胺和0.9276g的炭黑颗粒溶于75.1g N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)有机溶剂中，在常温下进行超声、机械搅拌后溶解，获得溶液A。
在步骤S2中，将二酐加入溶液A中进行原位聚合反应，获得含炭黑的聚酰胺酸溶液。
具体来讲，是将6.1784g(即0.021mol)的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐加入到上述溶液A中，原位聚合反应15h生成均相的聚酰胺酸溶液。
在步骤S3中，将聚酰胺酸溶液涂覆成液膜后进行亚胺化处理，获得聚酰亚胺复合膜。
具体来讲，是将聚酰胺酸溶液均匀涂覆在洁净的2mm厚的洁净玻璃表面，涂膜厚度为350μm；将涂布在玻璃上的聚酰胺酸液膜和玻璃一起放在水平的流平台上，在45℃下预烘干2h；之后转移到真空干燥箱中，先抽真空，然后通入惰性气体N2，将样品依次在60℃、80℃、120℃、150℃、200℃、250℃、300℃条件下保持1h，然后在330℃、350℃条件下保持30min，获得可作为柔性衬底的聚酰亚胺复合膜。
对上述制备获得的柔性衬底进行热失重(TG)测试，获得TGA曲线如图3，由图3可知，热失重5％时的分解温度Td(5％)为585.39℃。
利用扫描电子显微镜(SEM)对上述制备获得的柔性衬底的形态结构进行分析，得到其表面的截面形态结构结果如图4a和图4b所示，得到的表面形态结构结果如图5a和图5b所示。由表面SEM图4a～4b可知，柔性衬底聚酰亚胺薄膜层的厚度约为24μm，掺杂的炭黑颗粒尺寸大小在50～70nm范围；结合截面SEM图5a～5b图可知，炭黑颗粒在聚酰亚胺层衬底中是均匀分散的；颗粒的均匀分散对于柔性衬底的导热性和机械强度具有明显的增强效果。本实施例获得的柔性衬底可很好地应用于薄膜太阳能电池中。
实施例3
本实施例提供了一种柔性衬底。其结构示意图参见图6。
参照图6，柔性衬底包括聚酰亚胺膜(PI膜)11、炭黑12以及铜膜13，炭黑12掺杂在聚酰亚胺膜11中，铜膜13覆在聚酰亚胺膜11的表面上；其中，聚酰亚胺膜含有芳基并恶唑结构。
图7是根据本实施例的柔性衬底的制备方法流程图。参照图6和图7，柔性衬底的制备方法包括步骤S1～S4。其中，步骤S1～S3与实施例2的步骤相同，在步骤S3中制备获得掺杂炭黑12的聚酰亚胺膜11，然后进行步骤S4：在聚酰亚胺膜上制备形成铜膜13。
步骤S4具体包括：将上述制备的聚酰亚胺膜11及其玻璃转移到真空射频磁控溅射室，抽真空2h，在压力为0.4Pa、功率为180W的条件下，溅射3min铜源，在聚酰亚胺膜上制备形成了一层纳米尺度的铜膜13。聚酰亚胺膜11及掺杂在其中的炭黑12和覆在聚酰亚胺膜11表面上的铜膜13组成了柔性衬底。
利用扫描电子显微镜对上述制备获得的柔性衬底的形态结构进行分析，得到的截面形态结构结果如图8a～图8d所示，从柔性衬底的整体截面SEM图，可以清晰地知道表层铜膜的厚度大约在70～90nm，超薄的金属铜膜保证了其在聚酰亚胺膜上良好的附着力，在两侧热膨胀系数差较大的薄层之间，同时起到过渡的作用，避免柔性衬底在后续生产工艺中卷曲的现象。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种用于薄膜太阳能电池的柔性衬底，其特征在于，包括聚酰亚胺膜和掺杂在所述聚酰亚胺膜中的导热填料；其中，所述聚酰亚胺膜中含有芳基并恶唑结构。
2.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺膜中还包含有芳基并咪唑结构。
3.根据权利要求1所述的柔性衬底，其特征在于，所述导热填料为炭黑、石墨烯、碳纳米管或氮化硼。
4.根据权利要求2所述的柔性衬底，其特征在于，所述聚酰亚胺膜中包含有联苯并恶唑结构和联苯并咪唑结构。
5.根据权利要求1～4所述的柔性衬底，其特征在于，还包括设置于所述聚酰亚胺膜上的过渡层，所述过渡层的热膨胀系数小于所述聚酰亚胺膜的热膨胀系数。
6.一种如权利要求1～5任一所述的用于薄膜太阳能电池的柔性衬底的制备方法，其特征在于，包括步骤：
在惰性气体氛围下，将第一二胺和导热填料溶于极性非质子溶剂中，形成溶液A；
将二酐加入所述溶液A中进行原位聚合反应，获得含所述导热填料的聚酰胺酸溶液；
将所述聚酰胺酸溶液制备成膜后进行亚胺化处理，制备获得柔性衬底；
其中，所述第一二胺含有芳基并恶唑结构。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液中还包含有芳基并咪唑结构，具体包括：所述聚酰胺酸溶液是由所述第一二胺与第二二胺混合后再与二酐原位聚合反应生成的，或，所述聚酰胺酸溶液是由所述第一二胺和第二二胺分别与二酐原位聚合反应生成的溶液混合后形成的；其中，所述第二二胺含有芳基并咪唑结构。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一二胺为4,4'–([6,6']联[苯并恶唑基]-2,2'-二基)-双-苯胺，所述第二二胺为2,2’-双(4-氨基苯基)-5,5’-联苯并咪唑。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一二胺的制备步骤包括：在惰性气体氛围下，将二羟基联苯胺和氨基苯甲酸依次加入多聚磷酸中，获得第一混合溶液；然后将所述第一混合溶液阶梯式升温至200～210℃，获得第一二胺；
和/或，所述第二二胺的制备步骤包括：在惰性气体氛围下，将二氨基联苯胺和氨基苯甲酸依次加入多聚磷酸中，获得第二混合溶液；然后将所述第二混合溶液阶梯式升温至200～210℃，获得第二二胺。
10.根据权利要求6～9所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液的粘度为1Pa·s～15Pa·s。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106008975A (zh) * 2016-06-22 2016-10-12 安庆市天虹新型材料科技有限公司 一种聚酰亚胺薄膜的制备方法
CN106604538A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 苏州城邦达力材料科技有限公司 一种柔性线路板及其制备方法
CN108010985A (zh) * 2017-11-10 2018-05-08 深圳先进技术研究院 柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN108384235A (zh) * 2018-02-02 2018-08-10 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种高导热聚酰亚胺薄膜及其制备方法
CN108610631A (zh) * 2018-05-07 2018-10-02 中国科学院化学研究所 一种高导热聚酰亚胺薄膜及其制备方法
CN109721749A (zh) * 2018-12-14 2019-05-07 上海市合成树脂研究所有限公司 一种含芳杂环的热稳定型聚酰亚胺薄膜及制备方法
CN109851785A (zh) * 2018-12-18 2019-06-07 苏州予信天材新材料应用技术有限公司 一种低吸湿、高耐热型聚酰亚胺增韧聚合物及其制备方法
CN110105570A (zh) * 2019-05-22 2019-08-09 四川大学 一种高耐热性、低热膨胀系数聚酰亚胺材料及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106008975A (zh) * 2016-06-22 2016-10-12 安庆市天虹新型材料科技有限公司 一种聚酰亚胺薄膜的制备方法
CN106604538A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 苏州城邦达力材料科技有限公司 一种柔性线路板及其制备方法
CN108010985A (zh) * 2017-11-10 2018-05-08 深圳先进技术研究院 柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
CN108384235A (zh) * 2018-02-02 2018-08-10 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种高导热聚酰亚胺薄膜及其制备方法
CN108610631A (zh) * 2018-05-07 2018-10-02 中国科学院化学研究所 一种高导热聚酰亚胺薄膜及其制备方法
CN109721749A (zh) * 2018-12-14 2019-05-07 上海市合成树脂研究所有限公司 一种含芳杂环的热稳定型聚酰亚胺薄膜及制备方法
CN109851785A (zh) * 2018-12-18 2019-06-07 苏州予信天材新材料应用技术有限公司 一种低吸湿、高耐热型聚酰亚胺增韧聚合物及其制备方法
CN110105570A (zh) * 2019-05-22 2019-08-09 四川大学 一种高耐热性、低热膨胀系数聚酰亚胺材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李振凯等: ""含杂环结构的耐高温聚酞亚胺薄膜"", 《化工时刊》 *
汪多仁: "《现代高分子材料生产及应用手册》", 31 May 2002 *
陈玉华: "《新性清洁能源技术:化学和太阳能电池新技术》", 31 January 2019 *

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