一种基于金属配位型的聚酰亚胺薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于金属配位交联的高韧性聚酰亚胺抗静电薄膜及其制备方法。本发明专利技术利用含氮杂环二胺作为螯合配体，金属离子作为中心原子，螯合化合物作为交联基团，合成原料包括芳香基二胺类单体和四羧酸二酐类单体，在无水条件下低温反应生成预聚体溶液，经程序化升温得到聚酰亚胺薄膜材料，所制备的聚合物薄膜材料的界面摩擦电压、电流、电荷密度由纳米摩擦发电机测得；所制备的聚合物薄膜材料的击穿强度由耐压测试仪测得。本发明专利技术所制备的聚酰亚胺薄膜材料，由于动态金属配位键的存在，具备拉伸强度高、伸长率长、界面摩擦电压低以及抗击穿强度高的优点。击穿强度高的优点。击穿强度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属配位型的聚酰亚胺薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚酰亚胺薄膜
，具体涉及一种基于金属配位型聚酰亚胺薄膜、抗静电膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]为了满足电子器件日益小型化、高性能的需求，集成电路(IC)芯片不断向高度集成化、布线细微化、晶圆加工大尺寸化的方向发展。芯片的集成度以3～4倍的速度向摩尔定律的极限发展，因此对芯片的封装技术提出了更高的要求。在确保芯片高性能的同时，要适应芯片的超高速、高放热、多端子、窄节距等要求，为了实现高密度封装，确保器件的可靠性，封装用材料起到尤为重要的作用，可以说，新材料的开发是决定整个产业能否不断向前发展的基础。随着诸如人造皮肤类的柔性电子器件的出现，封装材料需满足可弯曲、拉伸、超薄涂覆等性能要求。聚酰亚胺薄膜封装(thin
‑
film encapsulation,TFE)技术是随着柔性有机发光二极管(OLED)的推广而发展起来的，这种技术具有结构更轻薄、器件更柔韧等优势(Semiconductor science and technology,2011,26(3):034001.)。为了弥补单一高分子基板材料不能达到和玻璃基板相同等级屏障保护性能的缺陷，应该在器件层的表层和底层都进行薄膜封装，以此为柔性电子器件提供最好的保护，使其免受湿气和氧气的渗透等的影响。
[0003]近年来，聚酰亚胺(PI)作为最为常见的高端电子元器件的有机封装材料，常用于无图案化要求的层间绝缘、应力缓冲和射线阻挡。PI能耐受集成电路高达500℃的加工成型温度而不产生明显的热分解，且具有优良的介电性能和机械性能(CN111808424)。但传统PI封装材料也存在韧性不足、界面摩擦易产生静电等问题。其中因界面摩擦产生的静电对电子元器件的影响最为严重，静电对电子元器件的损坏具有隐蔽的、潜在的、随机的、复杂的特点。
[0004]目前已报道的PI材料基本都以含苯基团作为主链，或者具有很高含量的室温结晶性共轭基团，这导致了PI材料在力学性质上普遍呈刚性。PI封装材料在生产、加工和使用过程中不可避免地要和同种材料或其他材料接触或摩擦，此时两种内部结构中电荷载体的能量分布不同的物质互相接触，电荷发生再分配，两种物质分开后，将带有比接触前过量的正电荷或负电荷，因此非常容易产生静电现象，使聚合物变成带电体。静电的累积会给PI的加工和使用带来很多问题。
[0005]当今，柔性电子器件已经广泛应用于人造皮肤、可弯折显示屏等领域，对于人体可穿戴电子设备提出了更高的要求(Nature,2000,403(6769):521
‑
523.)，作为有机封装层的PI材料也面临“由刚转柔”的转型，期望新型封装材料不仅能够具有高力学拉伸性能，也能保持较低的界面摩擦电压，使得新型柔性电子器件在不同使用场景下依旧保持安全稳定工作。

技术实现思路

[0006]基于
技术介绍
存在的问题，本专利技术提出了一种基于金属配位型聚酰亚胺薄膜、抗静电膜及其制备方法，在制备聚酰亚胺材料时二胺创新性的采用含氮杂环分子作为配体分子，同时引入Cu
2+
、Fe
2+
等金属离子，产生配位结构。由于金属配位结构的存在极大程度的提升了材料的力学强度和韧性，同时使得PI薄膜材料的接触起电大大减弱，可作为一种新型抗静电膜使用，在柔性电子器件封装、层间绝缘、应力缓冲和射线阻挡层等领域具有十分良好的应用前景，大幅度提高静电敏感型电子元器件的安全性能。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种金属配位型聚酰亚胺，其特征在于，所述聚酰亚胺重复单元结构如通式(1)或(2)所示：
[0008][0009]其中，Ar1表示
[0010]Ar2相同或不同，选自：
[0011][0012]Ar3相同或不同，选自：
[0013][0014]为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：其中，
‑‑‑
表示连接键，其在芳环上出现时，其可以与芳环上的任意一个碳原子连接；
[0015]M相同或不同，选自：Ni
2+
、Mn
2+
、Fe
3+
、Fe
2+
、Co
3+
、Cu
2+
、Rh
3+
、Cr
3+
、Mo
3+
、Ru
2+
、Re
2+
、Os
2+
、Ir
3+
。
[0016]本专利技术还提供一种金属配位型聚酰亚胺的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
[0017]1)无水无氧惰性气体保护的条件下，加入配体二胺分子、金属离子供体与溶剂，反应得到螯合化合物二胺单体；
[0018]2)在惰性气体保护下进行，将步骤1)所得到的螯合化合物二胺单体与二胺类单体、二酐类单体在有机溶剂中反应，得到聚酰胺酸前驱体溶液；
[0019]3)将步骤2)所得的聚酰胺酸前驱体溶液程序化升温进行酰亚胺化反应，得到所述金属配位型聚酰亚胺；
[0020]其中，所述螯合化合物二胺单体的结构如通式(3)所示：
[0021][0022]其中，
‑‑‑
表示配位键，其与不同金属离子连接的数目不同；
[0023]所述配体二胺分子具有结构，
[0024]其中为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：其中，
‑‑‑
表示连接键，其在芳环上出现时，其可以与芳环上的任意一个碳原子连接；
[0025]所述二酐类单体的结构如通式(4)所示：
[0026][0027]Ar2相同或不同，选自：
[0028][0029]所述二胺类单体的结构如通式(5)所示：
[0030][0031]Ar3相同或不同，选自：
[0032][0033]M相同或不同，选自：Ni
2+
、Mn
2+
、Fe
3+
、Fe
2+
、Co
3+
、Cu
2+
、Rh
3+
、Cr
3+
、Mo
3+
、Ru
2+
、Re
2+
、Os
2+
、Ir
3+
。
[0034]优选的，所述配体二胺分子相同或不同，选自：
[0035][0036]优选的，所述步骤1)中配体二胺分子、金属离子供体与溶剂的摩尔质量比为2：1：10～2：1：50；
[0037]优选的，所述步骤1)在60～80℃回流反应2～4h，过滤除去不溶物，真空旋蒸除去溶剂得到所述螯合化合物二胺单体；
[0038]优选的，所述步骤1)的有机溶剂选自甲醇、四氢呋喃、丙酮和二氯甲烷中的至少一种；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属配位型聚酰亚胺，其特征在于，所述聚酰亚胺重复单元结构如通式(1)或(2)所示：其中，Ar1表示Ar2相同或不同，选自：Ar3相同或不同，选自：
为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：其中，
‑‑‑
表示连接键，其在芳环上出现时，其可以与芳环上的任意一个碳原子连接；M相同或不同，选自：Ni
2+
、Mn
2+
、Fe
3+
、Fe
2+
、Co
3+
、Cu
2+
、Rh
3+
、Cr
3+
、Mo
3+
、Ru
2+
、Re
2+
、Os
2+
、Ir
3+
。2.一种如权利要求1所述的金属配位型聚酰亚胺的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)无水无氧惰性气体保护的条件下，加入配体二胺分子、金属离子供体与溶剂，反应得到螯合化合物二胺单体；2)在惰性气体保护下进行，将步骤1)所得到的螯合化合物二胺单体与二胺类单体、二酐类单体在有机溶剂中反应，得到聚酰胺酸前驱体溶液；3)将步骤2)所得的聚酰胺酸前驱体溶液程序化升温进行酰亚胺化反应，得到所述金属配位型聚酰亚胺；其中，所述螯合化合物二胺单体的结构如通式(3)所示：其中，
‑‑‑
表示配位键，其与不同金属离子连接的数目不同；
所述配体二胺分子具有结构，其中为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：为配体单元，相同或不同，选自：其中，
‑‑‑
表示连接键，其在芳环上出现时，其可以与芳环上的任意一个碳原子连接；所述二酐类单体的结构如通式(4)所示：Ar2相同或不同，选自：相同或不同，选自：所述二胺类单体的结构如通式(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾叙东，张秋红，朱唐宋，王一平，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：