表面修饰对钛酸钡与聚酰亚胺复合材料结构和介电性能的影响

如何更好的控制相界面来提高介电性能是目前高分子介电复合材料的研究热点之一。本文采用氨基硅烷、油酸和对氨基水杨酸对纳米钛酸钡进行表面修饰，然后通过原位聚合制备了纳米BaTiO3/聚酰亚胺(PI)复合材料。对表面修饰钛酸钡进行了表征，测量了其复合材料的介电性能。研究发现：三种改性剂均能促进BaTiO3在聚酰亚胺中的分散，并且改善复合材料的介电性能。当BT体积分数为15%时，在频率为1K Hz下，复合材料的介电常数达到30，而介电损耗为0.02。

近几年，电子器件小型化、高速化是电子技术发展的主流，因此对电子材料的性能提出了越来越高的要求[1]-[3]。

高介电材料由于具有非常好的储存电能和均匀电场的作用， 尤其在嵌入式电容器中有着非常重要的应用，人们希望能得到具有高介电常数、低损耗、易加工等综合性能优越的新型电子材料[4]。

铁电材料具有非常高的介电常数、低的介电损耗，但由于击穿场强较低(<100 kV/cm)和加工性能差很难满足嵌入式电容器的要求。相比而言，聚合材料具有优越的力学性能和可加工性，而且具有非常高的击穿场强，但介电常数较低(通常小于10)，将二者复合已被证明是一种十分有效的方法。由于无机铁电材料和有机聚合物具有完全不同的的性质，直接复合存在不相容、分散性差等问题，通过界面的修饰改性，调控无机纳米颗粒在聚合物基体中的均匀分散，成为获得高性能介电复合材料的关键。高介电聚合物基复合材料的应用是一种新技术，它已经在信息、电子技术、空间技术、生物工程等各个领域发挥着日益重大的作用。在集成电路中的系统封装技术领域，有机基板上应用了大量的电容器等无源器件。

因此，采用复合技术，制备高介电聚合物基复合材料具有非常重要的现实意义。依据现有文献的报道， 基体的选择通常采用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酯(PET)、环氧树脂(ER)等，这些材料热稳定性较差[5]-[7]， 不耐高温。为了满足高介电材料在更高温度下的应用，开发具有高温稳定的柔性聚合物复合材料是十分必要的。为此，我们利用聚酰亚胺(PI)耐高温的特性(400℃)，结合其高强、轻质、稳定的化学性质和便于加工等优异的性能[8]-[12]，系统探究以此为基体的复合材料，通过不同的界面修饰剂构建不同的复合界面，分析其性能差异，阐明介电性能增加机制，目前关于此方面的研究较少。

本文选用纳米钛酸钡为无机填料，聚酰亚胺为基体。以KH550、油酸、对氨基水杨酸三种改性剂来改性纳米钛酸钡，并通过原位聚合的方法制备钛酸钡/聚酰亚胺复合材料薄膜[13]-[16]。重点研究了表面改性的纳米钛酸钡，以及制备的钛酸钡/聚酰亚胺复合材料薄膜的介电性能。

2. 实验材料及方法 2.1. 原料试剂 钛酸钡(BT)：50 nm；N-N 二甲基乙酰胺(DMAc，分析纯)；均苯四甲酸酐(PMDA，分析纯)；4，4-