CN115386132A - 以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法。该制备方法采用芳香族二酐与二胺单体缩合聚合成聚酰胺酸溶液；提供有机牺牲成孔模板，该有机成孔牺牲模板为静电纺丝高分子有机多孔薄膜并对该模板进行表面处理；将该静电纺丝高分子有机多孔薄膜浸泡在制备的聚酰胺酸溶液中，将内部包含静电纺丝高分子有机多孔薄膜的聚酰胺酸溶液涂覆在基板表面并初步烘干，形成复合膜；将该复合膜置于模板脱除剂溶液中，该复合膜的静电纺丝高分子有机多孔薄膜与模板脱除剂溶液反应，从而去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜；最后将该薄膜进行热亚胺化，得到具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的低介电聚酰亚胺薄膜。

Description

以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚 酰亚胺薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子低介电材料领域，具体涉及以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
背景技术
为了适应微电子工业的高速发展，实现高性能超大规模集成电路(ULSI)，多级互连显得日益重要。然而，由互连寄生的电阻和电容引起的信号传输延迟、损失、串扰及能量损耗等影响日益增大，已成为限制其发展的新的桎梏。为满足未来5G高频高速信号传输网络领域终端微电子器件的介电性能要求，低介电常数的层间绝缘电介质材料的研究和应用已经成为解决上述信号传输延迟、损失、串扰及能量损耗等问题的重要手段。但是，传统的层间绝缘介电材料的材料一般为氧化硅、氮化硅等无机材料，往往具有较高的介电常数、较差的切削加工性与疏水性等缺点。与无机低介电材料相比，有机高分子材料通常具有较低的介电常数、优异的机械性能和良好的疏水性等优点。因此，具有低介电常数的聚合物是5G高速通信网络应用及微电子工业应用的新一代层间绝缘电介质的候选者。
然而，为了保证电子设备的正常运行，通常需要将金属互连线在400±50℃以上的温度下加工几个小时。由于加工所需的高温，要求层间绝缘电介质必须具有高的热稳定性。但是，目前大多数聚合物基电介质局限于相对较低的工作温度。聚酰亚胺(PI)作为耐热级别最高的一种特种工程塑料，具有低介电常数，良好的热稳定性，低吸湿性，与不同基材有良好的黏结性和高温下与金属导体的反应惰性，是作为层间绝缘的理想材料。然而传统PI的介电常数值在3.0-4.2之间，高介电常数值使它难以满足5G高速通信网络应用及微电子工业应用的要求。因此，进一步降低PI的介电常数已成为该领域的研究热点，也是微电子产品进步的关键技术之一。
现如今引入空气形成多孔薄膜是大幅度降低聚酰亚胺介电常数的最有效的方法。目前，聚酰亚胺多孔薄膜的生产方法主要有以下几种：(1)模板成孔法，一般掺入纳米粒子如二氧化硅、金属粒子等，经过刻蚀液的浸泡从而除去薄膜中的纳米粒子后，再经干燥得到多孔聚酰亚胺薄膜；此方法所用刻蚀液一般有毒，废液难处理，不环保，不适用于生产过程。(2)超临界二氧化碳法：通过超临界二氧化碳发泡获得内部孔洞；此方法需要很高温度来发泡，且泡孔直径大小不易控制(3)热分解法：采用共聚或接枝等方法在聚酰亚胺中加入热不稳定链段，或者加入容易分解的物质，通过加热使热不稳定链段和物质分解，在聚酰亚胺基体中形成孔洞；此方法难以控制分解的过程，容易有残留物质。(4)溶液诱导相分离法：制得聚酰亚胺前聚体聚酰胺酸液膜后，经过凝固浴浸泡、清洗剂清洗、干燥、热处理亚胺化等步骤后在聚酰亚胺基体中形成多孔结构。上述方法中，相较之下，模板成孔法易于控制孔洞大小，生产的孔洞一般都是闭孔并能设计内部孔洞微观形貌，其他的皆存在多孔薄膜的孔洞大小和形貌难以控制、表面贯穿孔过多等问题。例如，一种以纳米级锌粉或锰粉为成孔物质的多孔聚酰亚胺薄膜的制备方法公开了一种聚酰亚胺多孔薄膜及其制备方法。该工艺使用模板成孔法，需使用刻蚀剂把微球溶解从而制得多孔薄膜。但是此方法也存在原料成本高，对环境不友好等问题。所以目前急需解决模板成孔法对环境的污染及刻蚀液回收问题。
发明内容
鉴于上述现有技术中聚酰亚胺多孔薄膜孔洞大小和形貌难以控制、表面贯穿孔过多、原料成本高，对环境不友好，刻蚀液回收困难等问题，本发明的目的是提供以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜及其制备方法，该制备方法易于回收、成本低廉、是一种孔洞可控的制备方法。通过该制备方法可以获得具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的低介电聚酰亚胺薄膜。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用二胺单体与芳香族二酐单体，制备聚酰胺酸溶液，包括：
在保护气氛下和冰水浴条件下，加入二胺单体，然后加入有机溶剂使二胺单体溶解，再加入芳香族二酐单体和有机溶剂形成混合液，搅拌该混合液使该芳香族二酐单体及二胺单体在该有机溶剂中溶解后，在冰水浴中充分反应，聚合生成聚酰胺酸溶液；
(2)提供静电纺丝高分子有机多孔薄膜作为牺牲模板，通过表面处理剂对该模板进行表面改性，之后将表面改性后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜充分浸泡在聚酰胺酸溶液中形成制膜液，超声，将该制膜液涂覆在基板表面并初步烘干，形成复合膜；
(3)将步骤(2)中的复合膜置于模板脱除剂溶液中，该复合膜的静电纺丝高分子有机多孔薄膜与模板脱除剂溶液反应，从而去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜，得到去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜的复合膜；最后将去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜的复合膜进行热亚胺化，得到具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的低介电聚酰亚胺薄膜。
进一步地，步骤(1)所述二胺单体总摩尔数与芳香族二酐单体总摩尔数的比例为1∶1至1∶1.1。
进一步地，步骤(1)所述二胺单体总摩尔数与芳香族二酐单体总摩尔数的比例为1∶1至1∶1.05。
进一步地，步骤(1)中，所述聚酰胺酸溶液为二元共聚、三元共聚或四元共聚。
进一步地，步骤(1)中，所述保护气氛为氮气、氩气中的一种。
进一步，步骤(1)中，所述保护气氛为氮气，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺中的一种。
进一步地，步骤(2)中，所述表面处理剂为多巴胺单体。
进一步地，步骤(2)所述超声的时间为1-1.5h。
进一步地，步骤(2)所述超声的时间为1h。
进一步，步骤(2)中，表面改性后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜与聚酰胺酸的复合薄膜的初步烘干温度为70-75℃，初步烘干时间为2-3小时。
进一步地，步骤(2)中，静电纺丝高分子有机多孔薄膜表面改性方法具体步骤包括：配置0.1-0.12mol/L的Tris溶液，用稀盐酸调节Tris溶液pH值为8.5-8.6，之后将静电纺丝高分子有机多孔薄膜置于Tris-HCl溶液中，将多巴胺单体加入到该溶液中，室温下持续搅拌23-25h，之后用水过滤洗涤烘干，改性薄膜。
进一步地，将多巴胺单体加入到该溶液中，室温下持续搅拌24-25h，之后用水过滤洗涤烘干，改性薄膜。
进一步地，所加入的多巴胺单体与静电纺丝高分子有机多孔薄膜的质量比为1∶2至1∶4，得到不同包覆厚度改性静电纺丝高分子有机多孔薄膜。
进一步地，所加入的多巴胺单体与静电纺丝高分子有机多孔薄膜的质量比为1∶2至1∶3，得到不同包覆厚度改性静电纺丝高分子有机多孔薄膜。
进一步地，所加入的多巴胺单体与静电纺丝有机高分子薄膜的质量比为1∶2或1∶3，得到不同厚度PDA包覆的改性静电纺丝有机高分子薄膜。
进一步地，步骤(3)所述模板脱除剂溶液为水或氯仿。
进一步地，步骤(3)中，热亚胺化程序为100℃/1h；150℃/1h；200℃/1h；250℃/1h；300℃/1h；所得的低介电聚酰亚胺薄膜厚度控制在20-50μm。
进一步地，所得的低介电聚酰亚胺薄膜厚度控制在20-30μm。
进一步地，所述静电纺丝高分子有机多孔薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将有机高分子溶于溶剂中，得到固含量为5wt％-15wt％的有机高分子溶液；
(2)将不同固含量的高分子溶液来静电纺丝，时间为1-2h，得到具有不同直径和厚度的有机高分子纤维的薄膜；
(3)将静电纺丝后的高分子有机多孔薄膜烘干，彻底去除溶剂，得到烘干后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜。
进一步地，步骤(1)中，将有机高分子溶于溶剂中，得到固含量为7wt％-10wt％的有机高分子溶液。
进一步地，步骤(1)所述有机高分子为聚乳酸(PLA)和聚乙烯醇(PVA)中的一种。
进一步地，步骤(2)中，静电纺丝针头直径为0.5-1.0mm。
进一步地，步骤(2)中，静电纺丝针头直径为0.5mm。
进一步地，步骤(3)所述烘干的温度为50-60℃，步骤(3)所述烘干的时间为11-12h。
进一步地，步骤(3)所述烘干的温度为50℃，步骤(3)所述烘干的时间为12h。
进一步地，步骤(3)所述烘干后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜的厚度为5-20μm。
进一步地，步骤(3)所述烘干后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜的厚度为5-10μm。
本发明还提供所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法制备得到的以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
相较与现有技术，本发明在不增加额外工艺的情况下，一体成形了致密平整表面的低介电聚酰亚胺多孔薄膜；本发明制得的低介电聚酰亚胺多孔薄膜，内部为三维网状多孔通路结构，薄膜孔隙率很高，使聚酰亚胺具有极低的介电常数；同时本发明成本低廉，适用于大规模生产。
附图说明
图1是实施例1中分别为固含量7.5wt％和9wt％的PVA溶液制备的静电纺丝PVA有机多孔薄膜的扫描电子显微镜图。
图2分别为纯PI薄膜与实施例1中固含量7.5wt％PVA溶液得到的静电纺丝PVA有机多孔薄膜制备的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的扫描电子显微镜图。
图3为实施例1不同固含量的PVA溶液制备的静电纺丝PVA有机多孔薄膜的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的介电常数图。
图4为实施例1中固含量7.5wt％的PVA溶液得到的静电纺丝PVA有机多孔薄膜制备的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜和实施例2固含量7.5wt％的PVA溶液得到的静电纺丝PVA有机多孔薄膜制备的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜。
具体实施方式
实施例1
以静电纺丝膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚酰胺酸(PAA)溶液的制备
在氮气条件及冰水浴条件下加入3mmol 2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-六氟丙烷(HFBAPP)、3mmol 9，9-双(4-氨基苯基)芴(BAFL)，之后加入15mLN，N-二甲基乙酰胺待使其全部溶解，再加入3mmol 2，2-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)和3mmol5，5′-二异苯并呋喃-1，1′，3，3′-四酮(α-BPDA)，再加入15mLN，N-二甲基乙酰胺待使其全部溶解，搅拌反应5h得到PAA溶液。
(2)静电纺丝PVA有机多孔薄膜的制备
首先将聚乙烯醇(PVA)溶解在去离子水中得到固含量分别为7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、10wt％的聚乙烯醇溶液，然后在90℃加热下连续搅拌3-5小时直到PVA完全溶解，待溶液冷却后超声5分钟以除去气泡。静电纺丝过程在室温下进行1小时，使用注射泵以受控的进料速度(1.0mL/h)通过针头(0.5mm)推动10mL注射器中的溶液。使用高压电源装置(50kV，20mA)向针施加15kV的电压。从针尖/喷嘴喷出的聚合物被收集在由铝箔纸覆盖的收集器上，该收集器位于距针尖10厘米处。集电器连接到电源的负极(地)，而填充有聚合物溶液的喷丝头连接到正极端子。在进一步表征之前，将固含量不同的静电纺丝PVA有机多孔薄膜在50℃的烘箱中干燥12小时，得到烘干后的5μm厚度的静电纺丝PVA有机多孔薄膜。
(3)聚多巴胺(PDA)功能化PVA薄膜(PVA@PDA)
将上述静电纺丝得到的不同固含量的静电纺丝PVA有机多孔薄膜各取600mg分别浸泡600 mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝8.5，0.1mol/L，溶剂为水)中，然后向所制备的溶液中分别加入300mg多巴胺单体，并在空气中室温下搅拌24h，之后用超纯水(DI水)冲洗过滤3次，所得到的PVA@PDA薄膜，最后将上述不同的PVA@PDA薄膜放置烘箱中在50℃下干燥12小时。
(4)PAA/PVA@PDA薄膜的制备
将PAA溶液放在真空烘箱中去除气泡，之后将上述PVA@PDA薄膜充分浸泡在聚酰胺酸溶液中形成制膜液，超声1小时，将该制膜液涂覆在基板表面并75℃初步烘干2h，形成PAA/PVA@PDA复合膜。
(5)PVA的刻蚀及多孔PI薄膜的制备
将烘干后的PAA/PVA@PDA复合膜置于去离子水中，超声并加热至90℃，直到该PAA/PVA@PDA复合膜的静电纺丝PVA有机多孔薄膜与去离子水完全反应，从而去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜，得到去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜的复合膜；最后将去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜的复合膜进行热亚胺化，热亚胺化过程为：80℃/2h，100℃/1h，150℃/1h，200℃/1h，250℃/1h，300℃/1h，得到20μm具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜。
实施例2
以静电纺丝膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚酰胺酸(PAA)溶液的制备
在氮气条件及冰水浴条件下加入3mmol 2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-六氟丙烷(HFBAPP)、3mmol 9，9-双(4-氨基苯基)芴(BAFL)，之后加入15mL N，N-二甲基甲酰胺待使其全部溶解，再加入3mmol 2，2-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)和3mmol5，5′-二异苯并呋喃-1，1′，3，3′-四酮(α-BPDA)，再加入15mL N，N-二甲基甲酰胺待使其全部溶解，搅拌反应5h得到PAA溶液。
(2)静电纺丝PVA有机多孔薄膜的制备
首先将聚乙烯醇溶解在去离子水中得到固含量分别为7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、10wt％的聚乙烯醇溶液，然后在90℃加热下连续搅拌3-5小时直到PVA完全溶解，待溶液冷却后超声5分钟以除去气泡。静电纺丝过程在室温下进行1小时，使用注射泵以受控的进料速度(1.0mL/h)通过针头(0.8mm)推动10mL注射器中的溶液。使用高压电源装置(50kV，20mA)向针施加15kV的电压。从针尖/喷嘴喷出的聚合物被收集在由铝箔纸覆盖的收集器上，该收集器位于距针尖10厘米处。集电器连接到电源的负极(地)，而填充有聚合物溶液的喷丝头连接到正极端子。在进一步表征之前，将固含量不同的静电纺丝PVA有机多孔薄膜在50℃的烘箱中干燥12小时，得到烘干后的8μm厚度的静电纺丝PVA有机多孔薄膜。
(3)聚多巴胺(PDA)功能化PVA薄膜(PVA@PDA)
将上述静电纺丝得到的不同固含量的静电纺丝PVA有机多孔薄膜各取600mg分别浸泡600mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝8.5，0.1mol/L，溶剂为水)中，然后向所制备的溶液中分别加入200mg多巴胺单体，并在空气中室温下搅拌25h，之后用超纯水(DI水)冲洗过滤3次，所得到的PVA@PDA薄膜，最后将上述不同的PVA@PDA薄膜放置烘箱中在50℃下干燥12小时。
(4)PAA/PVA@PDA薄膜的制备
将PAA溶液放在真空烘箱中去除气泡，之后将上述PVA@PDA薄膜充分浸泡在聚酰胺酸溶液中形成制膜液，超声1小时，将该制膜液涂覆在基板表面并70℃初步烘干3h，形成PAA/PVA@PDA复合膜。
(5)PVA的刻蚀及多孔PI薄膜的制备
将烘干后的PAA/PVA@PDA复合膜置于氯仿中超声，直到该PAA/PVA@PDA复合膜的静电纺丝PVA有机多孔薄膜与氯仿完全反应，从而去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜，得到去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜的复合膜；最后将去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜的复合膜进行热亚胺化，热亚胺化过程为：80℃/2h，100℃/1h，150℃/1h，200℃/1h，250℃/1h，300℃/1h，得到30μm具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜。
实施例3
以静电纺丝膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)聚酰胺酸(PAA)溶液的制备
在氮气条件及冰水浴条件下加3mmol 2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]-六氟丙烷(HFBAPP)、3mmol 9，9-双(4-氨基苯基)芴(BAFL)，之后加入15mLN，N-二甲基乙酰胺待使其全部溶解，再加入3mmol 2，2-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙二酐(BPADA)和3mmol 5，5′-二异苯并呋喃-1，1′，3，3′-四酮(α-BPDA)，再加入15mLN，N-二甲基乙酰胺待使其全部溶解，搅拌反应5h得到PAA溶液。
(2)静电纺丝PLA有机多孔薄膜的制备
首先将聚乳酸(PLA)溶解在氯仿中得到固含量分别为7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、10wt％的聚乳酸溶液，然后在90℃加热下连续搅拌3-5小时直到PLA完全溶解，待溶液冷却后超声5分钟以除去气泡。静电纺丝过程在室温下进行1小时，使用注射泵以受控的进料速度(1.0mL/h)通过针头(0.5mm)推动10mL注射器中的溶液。使用高压电源装置(50kV，20mA)向针施加15kV的电压。从针尖/喷嘴喷出的聚合物被收集在由铝箔纸覆盖的收集器上，该收集器位于距针尖10厘米处。集电器连接到电源的负极(地)，而填充有聚合物溶液的喷丝头连接到正极端子。在进一步表征之前，将固含量不同的静电纺丝PLA有机多孔薄膜在50℃的烘箱中干燥12小时，得到烘干后的10μm厚度的静电纺丝PLA有机多孔薄膜。
(3)聚多巴胺(PDA)功能化PLA薄膜(PLA@PDA)
将上述静电纺丝得到的不同固含量的静电纺丝PLA有机多孔薄膜各取600mg分别浸泡600mL Tris-HCl缓冲溶液(pH＝8.5，0.1mol/L，溶剂为水)中，然后向所制备的溶液中分别加入250mg多巴胺单体，并在空气中室温下搅拌25h，之后用超纯水(DI水)冲洗过滤3次，所得到的PLA@PDA薄膜，最后将上述不同的PLA@PDA薄膜放置烘箱中在50℃下干燥12小时。
(4)PAA/PLA@PDA薄膜的制备
将PAA溶液放在真空烘箱中去除气泡，之后将上述PLA@PDA薄膜充分浸泡在聚酰胺酸溶液中形成制膜液，超声1小时，将该制膜液涂覆在基板表面并75℃初步烘干2h，形成PAA/PLA@PDA复合膜。
(5)PLA的刻蚀及多孔PI薄膜的制备
将烘干后的PAA/PLA@PDA复合膜置于氯仿中超声，直到该PAA/PLA@PDA复合膜的静电纺丝PLA有机多孔薄膜与氯仿完全反应，从而去除静电纺丝PLA有机多孔薄膜，得到去除静电纺丝PLA有机多孔薄膜的复合膜；最后将去除静电纺丝PLA有机多孔薄膜的复合膜进行热亚胺化，热亚胺化过程为：80℃/2h，100℃/1h，150℃/1h，200℃/1h，250℃/1h，300℃/1h，得到30μm具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜。
结果分析
以实施例1为例，利用扫描电子显微镜分别对固含量为7.5wt％和9wt％的静电纺丝PVA有机多孔薄膜进行微观形貌表征，结果如图1所示，从图1可以看出两个不同固含量的PVA有机多孔薄膜都没有串珠出现。每根纤维都很均匀，固含量为7.5wt％PVA有机多孔薄膜的纤维直径大约为200nm，固含量为9wt％PVA有机多孔薄膜的纤维直径大约为330nm，可以看出随着固含量的增加，静电纺丝后的纤维变粗。
图2分别为纯PI薄膜与实施例1中固含量7.5wt％PVA溶液得到的静电纺丝PVA有机多孔薄膜制备的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的扫描电子显微镜图。由图2可知纯的聚酰亚胺薄膜断面光滑，将PVA刻蚀后的多孔PI/PDA薄膜断面粗糙，成纤维状，证明PDA成功包覆再PVA纤维表面，并且刻蚀掉PVA后不影响PDA的包覆。
将实施例1和实例2所制得的具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜裁成小圆片(半径为2.3mm)，利用阻抗分析仪分别测试具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的介电常数随孔洞大小及PDA包覆厚度的变化，具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的介电常数变化分别如图3、4所示。由图3可以观察到与纯的PI相比，固含量不同的静电纺丝PVA有机多孔薄膜代表所制得的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜内部的孔大小，固含量越大的静电纺丝PVA有机多孔薄膜代表所制得PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜内部的孔越大，随着孔的直径增加所制得的PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的介电常数持续下降，固含量为10wt％的静电纺丝PVA有机多孔薄膜的I/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜在1MHz时介电常数最低达1.93，比纯PI的降低了42％。图4可以看到去除静电纺丝PVA有机多孔薄膜后，孔壁的PDA壳层越厚，介电常数略有增加，当实施例2中PDA与固含量7.5wt％的PVA溶液得到的静电纺丝PVA有机多孔薄膜的质量比为1∶3时，PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的介电常数为2.66(1MHz)，当实施例1中PDA与固含量7.5wt％的PVA溶液得到的静电纺丝PVA有机多孔薄膜的质量比为1∶2时，PI/PDA多孔低介电聚酰亚胺薄膜的介电常数为2.8(1MHz)。

Claims (10)

1.以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用二胺单体与芳香族二酐单体，制备聚酰胺酸溶液，包括：
在保护气氛和冰水浴条件下，加入二胺单体，然后加入有机溶剂使二胺单体溶解，再加入芳香族二酐单体和有机溶剂形成混合液，搅拌该混合液使该二胺单体及芳香族二酐单体在该有机溶剂中溶解后，在冰水浴中充分反应，聚合生成聚酰胺酸溶液；
(2)提供牺牲模板，该模板为静电纺丝高分子有机多孔薄膜，通过表面处理剂对该模板进行表面改性，之后将表面改性后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜充分浸泡在聚酰胺酸溶液中形成制膜液，超声，将该制膜液涂覆在基板表面并初步烘干，形成复合膜；
(3)将步骤(2)中的复合膜置于模板脱除剂溶液中，该复合膜的静电纺丝高分子有机多孔薄膜与模板脱除剂溶液反应，从而去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜，得到去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜的复合膜；最后将去除静电纺丝高分子有机多孔薄膜的复合膜进行热亚胺化，得到具有致密表层和内部三维网状多孔通路结构的低介电聚酰亚胺薄膜。
2.根据权利要求1所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二胺单体与芳香族二酐单体的摩尔比为1∶1至1∶1.1；所述聚酰胺酸溶液为二元共聚、三元共聚或四元共聚。
3.根据权利要求1所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保护气氛为氮气、氩气中的一种，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺中的一种。
4.根据权利要求1所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述静电纺丝高分子有机多孔薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将有机高分子溶于溶剂中，得到固含量为5wt％-15wt％的有机高分子溶液；
(2)将有机高分子溶液来静电纺丝，时间控制在1-2h，得到静电纺丝高分子有机多孔薄膜；
(3)将静电纺丝后的高分子有机多孔薄膜烘干，彻底去除溶剂，得到烘干后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜。
5.根据权利要求4所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机高分子为聚乳酸和聚乙烯醇中的一种；步骤(2)中静电纺丝针头直径为0.5-1.0mm；步骤(3)所述烘干的温度为50-60℃，步骤(3)所述烘干的时间为11-12h；步骤(3)所述烘干后的静电纺丝高分子有机多孔薄膜的厚度为5-20μm。
6.根据权利要求1所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述表面处理剂为多巴胺单体；步骤(2)所述超声的时间为1-1.5h；步骤(2)所述初步烘干的温度为70-75℃，所述初步烘干的时间为2-3小时。
7.根据权利要求1所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，静电纺丝高分子有机多孔薄膜表面改性方法具体步骤包括：配置0.1-0.12mol/L的Tris溶液，用盐酸调节Tris溶液pH值为8.5-8.6，之后将静电纺丝高分子有机多孔薄膜置于Tris-HCl溶液中，将多巴胺单体加入到该溶液中，持续搅拌23-25h，之后用水过滤洗涤烘干，改性薄膜。
8.根据权利要求7所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，所加入的多巴胺单体与静电纺丝高分子有机多孔薄膜的质量比为1∶2至1∶4，得到改性静电纺丝高分子有机多孔薄膜。
9.根据权利要求1所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，热亚胺化程序为80℃/2h；100℃/1h；150℃/1h；200℃/1h；250℃/lh；300℃/1h；所述低介电聚酰亚胺薄膜的厚度控制在20-50μm。
10.权利要求1-9任一项所述以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜的制备方法制备得到的以静电纺丝高分子有机多孔薄膜为成孔牺牲模板的低介电聚酰亚胺薄膜。
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