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第23卷第5期应用化学Vo.l23No.5
2006年5月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYMay2006

含氟聚酰亚胺接枝低聚倍半硅氧烷制备超低介电材料

王晓峰陈义旺*
(南昌大学材料科学与工程学院南昌330047)

摘要通过热引发甲基丙烯酸环戊基立方低聚倍半硅氧烷或与臭氧预处
(R7RS8iO12POSS)(MAPOSS)
理的含氟聚酰亚胺(6FDurene)自由基接枝共聚制得6FDurene共价接枝包含立方低聚倍半硅氧烷(POSS)的
聚甲基丙烯酸酯(PMA)支链的纳米复合物。用核磁共振(NMR)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微
镜(FESEM)等测试技术分别对POSS/6FDurene纳米复合物进行了结构表征及形貌观察。POSS/6FDurene纳
米复合物薄膜与未接枝的6FDurene薄膜相比具有更低的介电常数(在25~20范围内)。
关键词介电常数,纳米复合材料,低聚倍半硅氧烷,接枝共聚,含氟聚酰亚胺
中图分类号:O631;TM281文献标识码:A文章编号:10000518(2006)05048405

介电常数在31~35的常规聚酰亚胺难以满足未来微电子中介电常数<25、以及技术节点
小于130nm的微电子中超低介电常数(<22)的要求[1]。为此,在聚酰亚胺(PI)基体中引入包含空
气(=1)的纳米孔隙制备低介电材料[2],或者以杂化的方式在PI中引入硅酸盐降低材料的介电常
数[3]。制备多孔聚酰亚胺薄膜的方法有微波加工[4]、引入发泡剂[5]及结合空心微球[6]等。此外,也可通
过热分解相分离结构的聚酰亚胺聚环氧丙烷嵌段共聚物中聚环氧丙烷链段创造空隙[7]。聚酰亚胺经
臭氧预处理通过热引发与乙烯基单体接枝共聚,在酰亚胺化后分解接枝链也可制备纳米多孔低介电聚
[8,9]
酰亚胺薄膜。低聚倍半硅氧烷(POSS)是由刚性的立方体SiO2[八聚物(R7RSi8O12)]核心和尺寸为
03~04nm的孔隙组成[10],其聚合物薄膜具有低介电常数。以化学键形式将POSS引入聚酰亚胺中可
降低聚酰亚胺的介电常数,而不会显著影响聚酰亚胺主体的力学性能[11]。聚酰亚胺主链在离子辐射或
自由基引发剂作用下可激发产生自由基[12],甲基丙烯酸环戊基POSS(MAPOSS)的甲基丙烯酸酯功能
基能与聚酰亚胺主链通过热引发接枝共聚。经臭氧预处理,在母体聚合物主链上产生过氧基团,也能作
为与乙烯基单体进行自由基接枝共聚的热引发中心[13]。
本文报道用热引发MAPOSS与臭氧预处理含氟聚酰亚胺(6FDurene)的接枝共聚,制备包含MA
POSS聚合物(PMAPOSS)接枝链的6FDurene纳米复合物(POSS/6FDurene)。6FDurene因有含氟主
链而具有低介电常数,而具有纳米多孔POSS的引入,将使POSS/6FDurene纳米复合物具有超低的介
电常数。通过改变PMAPOSS接枝量,可以调节POSS/6FDurene纳米复合物的介电常数。
1实验部分

1.1试剂和仪器
6FDurene:参照文献[14]方法由2,2双(3,4二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)与2,3,5,6四甲
基1,4苯二胺缩聚合成;甲基丙烯酸环戊基低聚倍半硅氧烷(MAPOSS)(HybridPlastics公司,Fountain
Valley,CA);N,N二甲基甲酰胺(DMF)(FisherScientific公司,英国),未经纯化直接使用;四氢呋喃

(Aldrich),在金属钠和N2气气氛中回流并蒸馏后使用。
Azcozon公司RMU1604EM臭氧发生器(新加坡);Bruker公司ARX300型核磁共振波谱仪(美
国),氘代四氢呋喃作溶剂;BioRadFTS135型红外光谱仪(日本),KBr压片;杜邦2100型热分析系统

(配备TGA2050型热失重分析仪)(美国),干燥N2气气氛,升温速率20/min,最高测量温度900;

20050616收稿,20050805修回
国家自然科学基金(50403016)资助项目
通讯联系人:陈义旺,男,1970年生,教授,博士生导师;Emai:[e-mail];研究方向:材料表面修饰、功能高分子合成
第5期王晓峰等:含氟聚酰亚胺接枝低聚倍半硅氧烷制备超低介电材料485

瑞士MettlerToledo公司DSC822e型差示扫描量热仪,升温速率10/min,N2气气氛;岛津XRD6000
型X射线衍射仪(日本),工作电压30kV,工作电流20mA,Cu靶(=0154n