一种介孔氧化硅薄膜材料的制备方法，将P123和PDMS-PEO加入到聚合氧化硅溶胶中形成低聚硅酸盐前躯体溶液，然后经老化、旋涂到硅片上，再经焙烧制得低介电常数介孔氧化硅薄膜材料；所述聚合氧化硅溶胶是将TEOS、水、盐酸和乙醇混合经回流制得的。本发明专利技术方法制得的氧化硅薄膜材料介电常数在1.9～2.8，且介电稳定性好；焙烧后骨架收缩率为8%～16%、其骨架稳定性能优异；同时该材料高温热稳定性及疏水稳定性好；薄膜的介孔孔径较小，且尺寸分布均匀，其比表面积、孔容和孔径可分别达600~1000m2g-1，0.35~0.65cm3g-1和4.5~6.2nm；总之，本发明专利技术方法制得的氧化硅薄膜材料特别适合用于低介电常数涂层、膜分离、传感器、光学材料等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米新材料
，具体涉及一种低介电常数介孔氧化硅薄膜材料的制备方法。
技术介绍
目前，国内外研究较多的低介电常数薄膜是多孔氧化硅薄膜，制备方法大多数采用传统的溶胶一凝胶(sol-gel)法。如Anderson Marc A等人于1993年申请的美国专利US5194200采用溶胶一凝胶法制备二氧化硅薄膜，利用硅的醇盐和氨水水解反应制备溶胶，溶胶渗析到PH值为8，然后酸化到pH值为3，将溶胶涂敷在支撑体上，该方法的缺点是必须通过控制环境湿度来控制干燥速度，从而防止膜的开裂，所得二氧化硅膜材料的孔径小于2nm。Webster Elizabeth等人于1993年申请的美国专利US 5269926中描述用溶胶一凝胶法制备二氧化硅膜，在溶胶干燥过程中，涂有二氧化硅溶胶的支撑体必须放在湿度100%的密闭的玻璃试管中，严格控制干燥条件，以免膜的开裂。上述溶胶一凝胶方法制备出的薄膜材料孔洞可以达到纳米级，但普遍存在以下不足:(I)孔径的大小很难控制；(2)材料孔径分布较宽，均匀性差；(3)材料的重现性不好。美国专利US 6270846公开了一种制造多孔氧化硅薄膜的方法，该方法包括混合硅烷单体、溶剂、水、表面活性剂和疏水聚合物，施涂混合物到基片上，并蒸发一部分溶剂形成薄膜。所得介孔氧化硅薄膜具有50%以上的孔隙率，介电常数小于3。美国专利US6329017公开了一种制造低介电常数介孔薄膜的方法，包括将硅源前躯体与水性溶剂、催化剂和表面活性剂混合，以 制备前躯体溶液，将该前躯体溶液旋涂成膜，并除去水性溶剂。所得介孔薄膜平均孔径为20nm，介电常数小于3。美国专利US 6387453公开了一种制造介孔薄膜材料的方法，包括混合前体溶胶、溶剂、表面活性剂和间隙化合物，以制备氧化硅溶胶，并从该氧化硅溶胶中蒸发一部分溶剂，而后再除去表面活性剂从而形成介孔薄膜材料。介孔氧化硅涂层的疏水性对于保持材料的低介电常数、良好的热稳定性和力学强度来说是一个非常重要的参数。然而，上述模板法制备介孔薄膜的过程中使用了硅烷单体、水和酸，该工艺过程容易产生吸湿性，使介电常数不能减少到理想的程度或介电常数的稳定性不佳。此外，薄膜的质量不稳定，甚至急速下降到介电常数无法测量的程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法工艺简单、适合工业化规模生产。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的: ，其特征在于:将三嵌段聚合物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0，P123)和两嵌段聚合物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯(PDMS-PEO)加入到聚合氧化硅溶胶中形成低聚硅酸盐前躯体溶液，然后经老化、旋涂到硅片上，再经焙烧制得低介电常数介孔氧化硅薄膜材料；所述聚合氧化硅溶胶是将正硅酸四乙酯(TEOS)、水、盐酸(HCl)和乙醇(ETOH)混合经回流制得的；所述反应物的摩尔比例为 TEOS:P123 =PDMS-PEO:水:HC1:乙醇=1:0.006 0.01:0.01 0.02:70 75:0.003 0.006:30 35，进一步优选为1:0.008:0.017:72:0.004:33 ;所述焙烧具体是将旋涂后所得的涂层在空气气氛下90 120 °C焙烧4 6 h，300 40(TC焙烧I 2 h;优选地，在空气气氛下100 °C焙烧5 h，350°C焙烧I 2 h。本专利技术中，三嵌段共聚物P123OC = 5800, Ε02(ΓΡ07(ΓΕ02(ι)购于Acros Corp公司；本专利技术 PDMS-PEO 分子量在 3000 15000，可为 PDMS-PEO (M=3012, DMS32-EO20)、PDMS-PEO(Mw=5660, DMS6tl-EO4ci)、PDMS-PEO (#w=8490, DMS9c1-EO6tl)，优选采用 PDMS-PEO (#w=3012,DMS32-EO20)购于深圳迈瑞尔化学技术有限公司，除特别说明，其他反应物均为市售产品。上述聚合氧化硅溶胶的制备具体是将按上述摩尔比的正硅酸四乙酯(TE0S)、水、盐酸和无水乙醇在60 80 °C回流80 100 min。优选地，上述旋涂具体是将前躯体溶液采用1500 3000 rpm (优选为2500 rpm)的速度旋涂到硅片上，旋涂时间为15 30 s (优选为25 S)。，将P123和PDMS-PEO加入到聚合氧化硅溶胶中，形成低聚硅酸盐前躯体溶液，然后在室温下老化4 6 h，将老化后的前躯体溶液采用2500 rpm的速度旋涂到硅片上、旋涂时间为25 S，将旋涂后所得涂层在空气气氛下100°C焙烧4 6 h，再在350°C焙烧I 2 h，制得低介电常数介孔氧化硅薄膜材料；所述氧化硅溶胶是按摩尔比为1:72:0.004:33的TE0S，水，质量百分比浓度为37%的浓盐酸和无水乙醇在68 75 °C回流80 100 min制得的；以上反应物中，TEOS:P123 =PDMS-PEO:水:HCl:乙醇的摩尔比为 I:0.008:0.017:72:0.004:33。本专利技术具有如下的 有益效果: 本专利技术方法制得的氧化 硅薄膜材料介电常数低、介电常数在1.9 2.8范围内，且介电稳定性好；焙烧后骨架收缩率为8% 16%、其骨架稳定性能优异；同时该材料高温热稳定性及疏水稳定性好；薄膜的介孔孔径较小，且尺寸分布均匀，其比表面积、孔容和孔径可分别达600 1000 m2 g-1，0.35 0.65 cm3 g-1和4.5 6.2 nm ;薄膜主体结构为S1-O单元，其耐温性好.与硅片结合紧密，粘附性能好；总之，本专利技术方法制得的氧化硅薄膜材料特别适合用于低介电常数涂层、膜分离、传感器、光学材料等领域。另外，本专利技术方法反应条件温和、步骤简单，薄膜材料的孔径易于控制、制得的氧化硅薄膜材料重现性好，为大规模制备低介电常数介孔氧化薄膜材料提供了方便的途径。附图说明图1为介孔氧化硅薄膜材料的小角X射线散射(SAXS)图谱:(a) As-made样品，(b)350 °C空气气氛下焙烧后的样品； 图2为所得介孔氧化硅薄膜材料的透射电子显微镜(TEM)图像； 图3为介孔氧化硅薄膜材料在350 °C空气气氛下焙烧后的氮气吸附曲线(A)和孔径分布曲线⑶； 图4为所得介孔氧化硅薄膜表面的水滴形状； 图5为干净的室内条件下，室温时介孔氧化硅薄膜的介电常数与储存时间的函数关系O具体实施例方式 下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。实施例1 将P123三嵌段共聚物和PDMS-PEO两嵌段共聚物加入到聚合的氧化硅溶胶中形成低聚硅酸盐前躯体溶液，氧化硅溶胶通过将TE0S，水，盐酸(HCl)和乙醇(ETOH)在60 80°C回流80 100 min制得， 反应物的摩尔比例为I TEOS: 0.008 P123: 0.017 PDMS-PEO:72 H2O: 0.004 HCl: 33 ETOH ;所述前躯体在室温下老化4 6 h，在旋涂过程中，前躯体溶液采用2500 rpm的速度旋涂到硅片上，旋涂时间为25s。将旋涂后所得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介孔氧化硅薄膜材料的制备方法，其特征在于：将P123和PDMS?PEO加入到聚合氧化硅溶胶中，形成低聚硅酸盐前躯体溶液，然后在室温下老化4～6?h，将老化后的前躯体溶液采用1500?rpm左右的速度旋涂到硅片上、旋涂时间为28?s，将旋涂后所得涂层在空气气氛下110?℃焙烧4?h，再在大约400℃焙烧1?h，制得低介电常数介孔氧化硅薄膜材料；所述氧化硅溶胶是按摩尔比为1：72：0.004：33的TEOS，水，质量百分比浓度为37%的浓盐酸和无水乙醇在68～75?℃回流80～100?min制得的；以上反应物中，TEOS：P123：PDMS?PEO：水：37wt%HCl：无水乙醇的摩尔比为1：0.01：0.01：75：0.006：30。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉荣，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：
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