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电子通信中的聚酰亚胺

2022-11-30 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

聚酰亚胺是什么

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)的一类聚合物,PI分子中稳定的芳杂环结构单元,使其具有优良的综合性能,在200~400 ℃内具有突出的介电性能、力学性能、耐磨性及耐腐蚀性。

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聚酰亚胺的合成方法

聚酰亚胺的合成方法可以分为两大类,第一类是在聚合过程中或在大分子反应中形成酰亚胺环;第二类是以含有酰亚胺环的单体合成聚酰亚胺。下图是第一种合成方法:二酐和二胺聚合后高温下脱水形成聚酰亚胺。这是实验室里比较常用的合成方法。

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聚酰亚胺在电子通信中的应用

与4G移动通信相比,5G的通信效率有了显著的提升,5G通信离不开关键的高频信号传输过程。绝缘材料作为高频信号传输导线的支撑载体,其自身的特性也会对传输速率和损耗产生影响。

介电性能

介电性能(介电常数、介电损耗)反映出绝缘材料在交变电场中极化时电能存储和损耗。它们与分子极性相关,但两者产生于不同的物理机制。

导热性能

热传导的本质是能量传递的过程,固体材料的热传递形式可分为电子传热、声子传热和光子传热。导热填料的类型不同,其导热方式和机理也有所差别。

抗氧化性能

抗氧化性能是衡量材料在特定环境下维持工作状态时间长短的重要指标。

聚酰亚胺介电性能改性

改变聚合物极性

改变聚合物极性主要有两种路线,一是引入含氟基团等低极性基团,从而改变聚合物整体的极化率;二是引入大分子侧链以增大体系的自由体积,从而降低体系的极性。

 

在结构中引入孔隙结构

引入孔隙结构是为了引入空气,由于空气的介电常数约为1,可提高系统的孔隙率,降低材料的密度,使单位体积内极化分子的数量减少,从而降低材料的介电常数。

聚酰亚胺导热性能改性

目前利用高导热的粒子填充到聚合物基体来提高聚合物导热性是一种常见的提高导热性的方法。高导热粒子分为两种,分别是金属粉末和无机粒子。

以六方氮化硼为例,其内部的原子结构类似于石墨烯,呈层状排布,因此和石墨一样具有超高的导热性。但由于其取向严重,虽然在薄膜流延方向有较好的导热性,但是在垂直方向不能形成完整的导热通路,故采用复合填充手段,加入亚微米级的氧化铝球状结构来形成类似“桥梁”,使导热通路更完整。

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聚酰亚胺抗氧化改性

通讯卫星中的聚酰亚胺聚合物绝缘材料在长期使用下会受到低地球轨道环境的影响,其中原子氧(Atomic oxygen,AO)是环境的主要成分,其由氧气经过光分解,具有极强的氧化性和反应活性。

 

为了解决这个问题,科学家在聚酰亚胺聚合物中引进了磷、氟、硅等元素。当原子氧进攻材料时,会与上述元素形成耐腐蚀的化合物,从而阻止进一步氧化。

 

聚倍半硅氧烷(POSS)结构的聚酰亚胺材料的耐原子氧性优异,POSS具有很强的灵活性,能够接枝、共聚到聚酰亚胺(PI)中。在原子氧的作用下形成硅氧钝化膜,起到保护作用。

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结语

以聚酰亚胺为代表的高性能纤维材料改性一直是解决特定条件下某些问题非常有效的方法。它对科研工作者的思维、专业知识以及实践能力都提出了巨大的挑战。科研漫漫长路,吾辈当上下求索。

 

 

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