1.1概述

聚酰亚胺（英语：Polyimide，PI）是一类具有酰亚胺重复单元的聚合物，主链中含有刚性的亚胺环和具有高度的规整性，其作为材料的发展开始与20世纪50年代。它具有耐高温性、 耐化学腐蚀性、抗湿性、良好的力学性能和低介电常数等优异性能,在微电子工业，航空航天工业，信息产业等领域被广泛应用。聚酰亚胺具有良好的介电性能，介电常数在3.4左右，在将空心纳米尺寸的微球分散在聚酰亚胺中，介电常数可以降到2.5左右。

空心微球由于其内部具有的空腔结构而表现出低介电性、高比表面积和可以容纳客体分子等特点，因此在涂料、催化、电子、分离、生物医药等众多领域有着广阔的应用前景。同时，由于空心微球的掺入，还可以相对降低复合材料的密度。空心微球正受到人们越来越多的关注，已成为材料领域研究与开发的热点。

随着科技的快速发展和进步，传统材料已经不能完全满足各个领域的需求。由于人们对材料性能要求的不断提高，这促进了各种新型材料尤其是复合材料的出现。PI由于其在某些方面的优异性能，应用领域不断扩展，对其性能要求也越来越高。由于无机粒子具有一系列优异性能，如力学性能，特殊的电磁性和热稳定性等，本实验通过将无机组分引入聚酰亚胺基体中形成有机-无机复合材料的方法提高PI 的性能并拓展其应用领域，但当无机粒子含量较高时较难成膜，不利于用于层间介质绝缘材料, 同时高的无机粒子填充量会降低复合材料的强度，限制其应用范围。纳米空心微球的掺杂可以使得基体的介电的性能等得到很大的降低，因此空心微球/ PI 纳米复合材料正引起越来越多的重视。

1.2 聚酰亚胺/无机纳米复合材料

聚酰亚胺（PI）是指在主链上含有酰亚胺环的一种耐高温的聚合物，其是通过二酐和二胺类的化合物聚合而成。聚酰亚胺的合成方法有很多种，以下是比较常见的几种：熔融缩聚法，界面缩聚法，溶液缩聚法等。其中合成聚酰亚胺比较成熟的工艺是溶液缩聚法，其主要有两种方法，可概括为一步法和两步法。一步法是指将二胺和二酐直接加入到一定量的高熔点的溶剂中，进行加热，直接聚合生成高性能成聚酰亚胺。两步法是指先将二酐和二胺在溶剂中溶解反应生成聚酰胺酸，然后再进行亚胺化处理生成聚酰亚胺。

通过向聚酰亚胺中掺杂入少量的无机纳米粒子，由于纳米材料具有小尺寸效应，表面效应，制备的复合薄膜有良好的介电性能，力学性能，热学性能等。其中能与聚酰亚胺进行掺杂的无机物类别很多，比如金属，粘土和陶瓷等。不同的高分子部分与无机部分的结合，使得复合材料的制备工艺有所不同，其目的还是让无机纳米颗粒能够均匀地分布在高分子聚合物中。制备这种材料主要有以下几种方法：乳胶-凝胶法，机械共混发，原位聚合等。

本实验主要采用原位聚合法。原位聚合法是指高分子化合物的反应物和纳米颗粒在外力机器搅拌的作用下均匀混合，在某种环境条件下可引发反应物聚合。原位聚合的方法能弥补机械共混的方法中纳米颗粒在基体中大量团聚的情况，并且操作简单。但是其依然存在纳米颗粒在高分子中团聚和不能平均分布的问题。

1.3 聚酰亚胺/纳米空心微球复合材料

聚酰亚胺是良好的封装和层间介电材料，随着科学的发展与进步，对材料的性能要求越来越高，聚酰亚胺的吸水性和热膨胀性对其在封装和层间介电的应用有一定的限制。且微型化已经成为电子封装材料和印刷线路板发展的主要方向之一, 其中聚合物基电子封装材料在电子器件封装应用中具有广阔前景。在实际电工和电子的应用领域中, 除了要考虑介质材料具有低的介电常数外, 还必须使其具有较大的热导率, 以满足器件和线路板日益增大的导热( 散热) 需求。聚酰亚胺( PI) 具有较低的介电性能，且可以降低超大规模集成电路(ULSI) 的互连延迟、串扰和能耗, 使其在封装材料和介电层中有较高的研究价值。纳米颗粒的加入可以阻碍聚酰亚胺分子的热运动，从而减缓薄膜在分解过程中产生空洞区域的扩散，同时纳米颗粒在聚酰亚胺基团的薄膜中形成的骨架结构，提高了薄膜的刚性和导热性。