具有高反射和高导电特性聚酰亚胺银复合薄膜的制备及其形成机理研究
聚酰亚胺(PI)/银(Ag)复合薄膜具有质量轻、高反射性、高导电、耐高低温、良好的力学性能、耐老化和可折叠等特点，它在电工、电子、信息、军事、航空和航天等方面具有广阔的应用前景。
本文采用原位一步自金属化法制备了具有高反射、高导电性能的PI/Ag复合薄膜，并系统研究了影响PI/Ag复合薄膜的反射和导电性能的因素。结果表明，提高银含量、选择适当的晾膜时间、选择链段柔韧性较好芳香型PI、合适的固化升温程序和合适的固化环境等都有利于制备出具有高反射、高导电性能的PI/Ag复合薄膜。其中使用BTDA-ODA型芳香型PI，可以制得绝对反射率大于90％、电阻小于0.2Ω的PI/Ag复合薄膜，该复合薄膜保持了母体PI的大部分力学性能。
首次采用PI薄膜改性和原位自金属化法制备出双面具有高反射率和高导电性的PI/Ag复合薄膜。该方法通过使用KOH水溶液对聚酰亚胺薄膜表面处理，使其表面的一层聚酰亚胺结构开环形成聚酰胺酸(此处以盐的形式存在)，然后通过离子交换使目标金属银离子与钾离子进行交换，得到聚酰胺酸与金属银的络合物；通过加热使表面聚酰胺酸环化为聚酰亚胺，同时金属银离子等还原为银原子，并迁移至表面形成银层，从而制得双面具有高反射、高导电的PI/Ag复合薄膜，并通过PI薄膜的选择、碱液处理时间、洗涤时间、银盐溶液的浓度以及处理时间的控制，可以实现对PI/Ag复合薄膜结构和性能的控制。其双面的反射率均大于97％、表面电阻小于0.1欧姆，电磁屏蔽性能大于100分贝(10～10000kMHz)；该制备方法简单、成本低、易于大规模生产。
通过研究几种制备PI/Ag复合薄膜所使用的原材料对银离子还原作用发现，ODA对银离子的还原具有促进作用，尤其是含水的ODA的碱性条件对银离子的还原的促进作用更为明显；BTDA对银的还原作用不明显，甚至含有水的BTDA由于形成四酸对银离子的还原有一定的延缓作用；而有机溶剂的存在促进了银离子的还原。
初生态银粒子在PI/Ag复合薄膜的聚集及迁移原因是：初生态银粒子由于具有较大的表面自由能，极不稳定，它会自动聚集以减小其表面的自由能，当聚集到一定尺寸后达到稳定。在PI/Ag复合薄膜的形成过程中，初生态银粒子经历了凝聚、银粒子亚微态凝聚体的迁移过程、纳米银粒子的“流动”扩散过程和银粒子的平面“岛状”穿峰突起过程。
在第四统计力学—JRG群子统计理论为指导思想下，首次提出采用群子参数R1及R2分别代表银粒子在聚集和迁移中的小粒子和大粒子，并在此基础上提出了银粒子凝聚迁移的两个模型——“初生态银原子成核体的独立随机成长模型”和“初生态Ag原子为了减少表面能定向凝聚模型”，并进一步分别推导出两个模型的具体数学表达式——R=A+Lnt和LinR=A+Bt。结合实验结果分析，在两个公式中，公式LinR=A+Bt具有良好的线性关系，而R=A+Lnt线性关系较差，证明“初生态Ag原子为了减少表面能定向凝聚机理”能更好地说明初生态银粒子的凝聚及迁移机理。说明JRG群子理论对本文工作有很好的预测和指导作用，预测结果与实验分析结果相吻合。
第四统计力学;聚酰亚胺;银复合薄膜;原位自金属化;薄膜改性;群子参数;力学性能
北京化工大学
博士
材料学
金日光
2006
中文
TB43;TB383;TQ323.7
168
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）