中空粒子复合多孔材料制备及超低介电机制研究

研发多孔超低介电材料对促进微电子器件的小型化和高密度化发展具有重要的科学意义和实用价值。本项目根据中空粒子的结构特点，在成功开发的高性能苯并环丁烯树脂基础上，拟引入尺寸、形貌和排列可控的规整聚合物中空粒子，旨在设计制备一系列结构新颖的多孔复合材料，研究其结构和性能特点，深入探讨孔的几何结构因素与介电性能的关系，揭示低介电机制，制备具有良好综合性能的超低介电材料，为指导设计制备新型超低介电材料提供理论依据。本项目不仅为制备超低介电材料提供了一条新的可行途径，也可促进材料、化学、物理和电子等学科的交叉融合，有着重要的学术意义。

本课题拟通过中空粒子与聚合物树脂复合技术，可控制备一系列具有不同孔结构的多孔膜，为新一代超低介电（Є<2）高分子薄膜提供可行性构建方法和理论支持。经过近三年的研究工作，完成了既定研究计划，在聚合物基体，多孔复合材料和结构与性能研究三方面取得了一些研究成果，主要如下：.1.聚合物基体研究：1）以2,5-双取代苯并环丁烯为单体，采用Heck偶联反应合成了主链含苯并环丁烯的硅杂聚苯撑聚合物。该类聚合物具有优异的耐热性能，低频下介电常数为2.6左右。该工作发表在Polymer, 2014, 55, 5680-5688.。 2）以苯并环丁烯取代硅杂环丁烷为单体，采用Pt催化下的开环聚合合成了侧链含苯并环丁烯的聚碳硅烷，并在侧链进一步引入了乙烯苯基光活性基团，从而赋予了聚合物光刻蚀和紫外光预聚功能。该聚合物同时还具有良好的热稳定性、膜表面平整性和较低的介电常数（2.3左右）。该工作目前Polymer在修。.2.多孔复合材料制备：1）采用引入偶联剂终止聚合制备了超小尺寸二氧化硅模板，但由于尺寸较大的中空粒子稳定性较差，因此仍需进一步研究；2）为了更为方便地制备多孔材料，开发了刻蚀成孔的工艺，成功制备了尺寸和形貌可控的多孔材料；3）制备了聚碳硅烷-聚丙交酯嵌段聚合物，探索形成了嵌段共聚自组装制备介孔材料的工艺，为后续多孔结构控制奠定了基础；4）以癸硼烷为笼状构筑单元，合成了新型含笼状结构的聚合物，为低介电材料的设计开发开辟了一条新路。该结果发表在Chem. Comm. 2014, 50, 4585。.3.多孔结构与介电性能研究：研究表明在聚乙烯中引入重量比25%中空球复合材料介电常数可低于2.0。通过对比实验发现，中空粒子材料越致密，表面越光滑，界面极化越小，介电损耗也就越小。. 综上，通过本课题的开展，获得了多个具有良好性能的基体树脂，成功制备了聚合物中空粒子及形态尺寸可控的多孔复合材料，实现了超低介电。目前正结合相关物理理论，针对多孔形态及排列与介电性能间的关系进行系统、深入研究。研究过程中发表以及合作发表SCI论文7篇，申请专利2项，参与编写外文书籍《Polymerization》其中一章。