[發明專利]一種柔性透明聚酰亞胺薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200710193596.1
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101195682A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 朱丹陽;楊正華;張春華;吳作林;魏玉蘭
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J5/18;H01L31/02
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明涉及一種柔性透明聚酰亞胺薄膜材料及制備方法。

背景技術

近年來，柔性襯底非晶硅太陽能電池日益受到人們重視。它可以任意彎曲，安裝攜帶方便，在航空、航天領域取得廣泛應用，是鄰近空間動力飛艇不可或缺的能源組件。

由于金屬襯底非晶硅太陽能電池的襯底不透明，透明導電膜只能沉積在非晶硅膜上，很難制備高透過率、低電阻率并且對非晶硅膜無劣化影響的透明導電膜，從而降低了電池的轉換效率。采用透明聚合物薄膜作為襯底，在襯底薄膜表面形成ITO透明導電膜、非晶硅、鋁電極結構可以使光線高效率照射在非晶硅層，從而獲得高光電轉換效率。

作為太陽電池襯底的聚合物薄膜必須滿足以下幾個條件。首先薄膜必須有良好的透光性，厚度在25微米對500nm以上波長光線透過率大于90％；其次要有良好的耐熱性，非晶硅鍍膜工藝溫度在200℃，這就要求薄膜的玻璃化轉變溫度最好在250℃以上，以保證薄膜具有足夠的機械強度；另外特別要求薄膜表面光潔、平整、無針孔，以防止薄膜電池斷路或短路現象發生。

目前已有許多聚合物應用于柔性襯底方面的研究，如聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、高溫尼龍(PPA)等，但由于不耐紫外線、吸水率太高、不能滿足高溫加工工藝或與無機材料機械性能不匹配等原因在應用上受到限制。聚酰亞胺(PI)在耐熱性、介電性、柔韌性、輕質、高強度方面所表現出的優秀性能，使其在航空、航天、微電子及電工絕緣方面得到非常廣泛的應用。但傳統的聚酰亞胺薄膜為黃色，對500nm光線透過率不到40％，這嚴重限制了其在光電領域應用。聚酰亞胺帶色被認為是由于在大分子主鏈中交替的二酐殘基羰基中的吸電子作用和二胺殘基的給電子作用產生的分子內與分子間的電荷轉移絡合物(CTC)所引起的。這樣給電子能力越強的二胺與吸電子能力越強的二酐聚合所形成的聚酰亞胺的顏色越深。改變分子結構降低或消除電荷轉移復合物的形成，就可以獲得淺色甚至無色的聚酰亞胺薄膜。從上世紀80年代開始，通過引入含氟結構、脂肪側基、脂環結構等方法合成了上百種不同結構的聚酰亞胺，對其透光性與分子結構之間關系已比較明晰，通過阻斷共軛、引入橋連結構，可以得到透光性非常好的聚酰亞胺薄膜。

在是目為“Polyimide?Derived?from?2，2’-Bis(trifluoromethyl)-4，4’-diaminobiphenyl.1.Synthesis?and?Characterization?ofpolyimide?with?2，2-Bis(3，4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropaneDianhydride?or?Pyromellitic?Dianhydride(Macromolecules?1991，24，5001-5005)文獻中，作者將含有六氟二酐與含有六氟的二胺聚合，將形成的聚酰胺漆進行涂膜制備出透明的聚酰亞胺薄膜。這種薄膜在可見光區有很高的透明度，在近紅外區光的損耗低，同時具有低的介電常數，低的折光率，高的溶解性及低的吸水率。

在題目為Perfluorinated?polyimide?Synthesis(Macromolecules1992，

25，5858-5860)文獻中，作者用全氟代的二酐和二胺聚合制備聚酰亞胺薄膜，這種薄膜在整個光通信波長范圍有很高的透明度，同時玻璃化轉變溫度在300℃以上。但這種全氟代的聚酰亞胺是橙色或褐色的，因此，使用高氟代的原料并不一定能得到無色的聚酰亞胺。而且這種高氟代的聚酰亞胺薄膜的力學強度較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性透明聚酰亞胺薄膜材料及制各方法。

本發明的柔性透明聚酰亞胺薄膜材料，具有如下結構式：

式中，Ar為芳香族二胺殘基；n為大于15的整數。

本發明提供的一種柔性透明聚酰亞胺薄膜材料的制備方法的步驟和條件如下：

所用的材料為：

芳香族二酐為4，4’-三苯二醚四酸二酐(HQDPA)；

芳香族二胺為2，2’-雙三氟甲基-4，4’-聯苯二胺(TFDB)、3，3’-二氨基二苯砜(DDS)和3，3’二甲基-4，4’-二氨基二苯基甲烷(DMMDA)中的一種；

溶劑為γ-丁內酯、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種；

芳香族二胺與芳香族二酐為等摩爾配比；生成聚酰胺酸漆的固含量為20wt％。