基于多尺度笼型倍半硅氧烷的新型聚芳醚砜低介电有机无机杂化材料研究

Polyhedral oligomeric silsesquioxanes（POSS）have received extensive research attention for preparation of organic–inorganic nanocomposites with low dielectric constant due to their special nanostructures and thermal stability。Poly(aromatic ether sulfone) （PES）is well known for its excellent mechanical properties, high temperature durability, and nice processability。In this work， a serial of POSS will be synthesized as the modifier which will react with Linear PES and hyperbranched PES to product low dielectric constant organic–inorganic nanocomposites。We will analyze the relationship of the POSS structure and the dielectric property of the composites. By implement various PES with different structure and molecular weight, A series of novel ultra low dielectric constant organic–inorganic nanocomposites in which nanoscale POSS were covalently linked onto the polymer will be prepared and characterized ,in order to furnish new insight into the structure- property of materials. This research is a development and supplement to the research field of design and controllable preparation of high performance low dielectric constant materials.

笼型倍半硅氧烷（POSS）具有中空的笼型结构和较好的热稳定性，是一种极佳的可用于制备低介电封装材料的纳米粒子。聚芳醚砜具有耐高温、机械性能好、便于加工等特性，可以满足封装材料对树脂基体的耐热与力学性能要求。本项目拟将不同结构、不同尺寸的POSS及POSS分子团簇，通过点击化学反应，与直链型、超支化型的聚芳醚砜形成强相互作用，制备高性能有机无机杂化材料。研究POSS的Si-O-Si笼型骨架结构、大小，聚醚砜的分子量、结构，以及纳米粒子与基体的键接方式及数量等因素对最终材料的介电性能、热性能与机械性能等的影响。最终拟获得耐高温低介电的POSS改性聚芳醚砜材料，探讨分子结构-微观宏观形态-材料性能之间的关系及变化规律，为高性能电子封装材料的制备提供实验和理论依据。

笼型倍半硅氧烷（POSS）是一种具有中空结构的纳米粒子，具有低介电、高耐热和易于化学修饰等特性，因此成为了一种可用于制备低介电材料的热门材料。聚醚砜具有耐热性好、机械性能好和易于加工的特点，可以满足高性封装材料能树脂基体的要求。本项目通过以物理、化学等方式将不同结构、不同官能团修饰的的笼型倍半硅氧烷引入到聚醚砜中，制备出高性能低介电有机无机杂化材料。本项目主要研究了基础POSS的合成方法与POSS的可控官能团修饰方法，其中包括具有化学活性POSS的原位合成方法和官能团后修饰方法；依靠摸索出POSS合成及修饰方法，制备出了多种与树脂基体相容性好或者具有反应活性的新型POSS作为后续低介电、高耐热杂化材料的组分或者反应单体。制备了单巯基封端的二苯砜并将其修饰到乙烯基POSS上，改善POSS在聚芳醚砜的相容性，制备出的低介电复合材料介电常数最低达到2.34，这在同类材料中是一个相当突出的结果。制备了双巯基封端的二苯砜用来固化环氧树脂，用来制备低介电环氧树脂材料，其介电常数降至3.62，相较于传统固化剂固化的环氧树脂材料有降低的明显。制备了氨基POSS并将其引入到聚酰亚胺型聚氨酯中制备了可室温固化的复合材料，相较于传统的同类材料，具有较好的耐热性能，其起始热分解温度为315°C；由于POSS的引入，该种材料还具有明显的耐紫外辐照性能。通过本项目的实施，掌握了一系列POSS的合成与修饰方法，为POSS的制备与品种丰富提供了可供参考的方法；制备出了一系列超低介电高耐热材料，具有较大的应用潜力；通过对大量失败与成功的实验总结归纳，我们发现了相关的科学规律，POSS作为一个大类的纳米材料，能够显著提高材料的耐热性能和降低介电常数，但是如果最大限度的发挥POSS的作用，必须保证POSS在树脂基体中均匀分布，不能发生大规模的团聚，而POSS由于其纳米相应，确实极易于团聚的；这就要求针对不同的树脂基体，来设计不同官能团修饰的POSS以增加与基体的相容性。