[發(fā)明專利]高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體/聚酰亞胺復(fù)合薄膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710976971.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107721189B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海東;程鳳梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嘉興學(xué)院
• 主分類號(hào): C03C17/00
• 分類號(hào): C03C17/00;C04B41/85;C04B41/50
• 代理公司: 福州市眾韜專利代理事務(wù)所(普通合伙) 35220
• 代理人: 方金芝;黃秀婷

本發(fā)明公開(kāi)了一種高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體/聚酰亞胺復(fù)合薄膜及其制備方法，涉及高介電常數(shù)復(fù)合材料以及旋涂制備優(yōu)質(zhì)薄膜技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過(guò)制備的二氧化鋯納米晶體與聚酰胺酸的前體溶液，采用具有普適性的溶液成膜技術(shù)將該前體溶液在基片上制備成膜，最后經(jīng)過(guò)熱亞胺化處理得到高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體/聚酰亞胺復(fù)合薄膜。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單溶液法制備高質(zhì)量的高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，大大簡(jiǎn)化了制備工藝，節(jié)約了制備成本，制備得到的高介電常數(shù)復(fù)合薄膜具有較高的介電常數(shù)和較好的表面平整度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高介電常數(shù)復(fù)合材料以及旋涂制備優(yōu)質(zhì)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉 及一種高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體與聚酰亞胺均勻復(fù)合制備薄膜及其方法。

背景技術(shù)

具有高介電常數(shù)的絕緣層薄膜在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、大規(guī)模集成電路、平板顯 示以及高儲(chǔ)能電容器中扮演著重要的角色。隨著器件朝著微型化的方向發(fā)展， 要求絕緣層的厚度越來(lái)越薄。在薄膜晶體管中，絕緣層薄膜要求具有高的介電 常數(shù)、熱穩(wěn)定性好、易于加工且能大面積成膜。目前使用最多的無(wú)機(jī)絕緣層材 料為二氧化硅(SiO₂)，然而，無(wú)機(jī)絕緣層材料通常具有較差的力學(xué)性能、不易 加工成膜、機(jī)械強(qiáng)度低、易碎裂。此外，無(wú)機(jī)絕緣層薄膜通常需要較高的加工 溫度，且難于制備大面積的薄膜。

與之相反，有機(jī)高分子絕緣層材料在加工性能和大面積成膜方面具有非常 大的優(yōu)勢(shì)，但是目前高分子絕緣層材料的介電常數(shù)通常遠(yuǎn)低于一些無(wú)機(jī)絕緣層 材料的介電常數(shù)。單一組份的無(wú)機(jī)或者有機(jī)絕緣層材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在人們 對(duì)絕緣層材料的要求，即具有高的介電常數(shù)、易加工、熱穩(wěn)定性高、大面積成 膜等優(yōu)點(diǎn)。聚酰亞胺(PI)因具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于電子器 件領(lǐng)域，以往PI復(fù)合薄膜大多數(shù)是采用溶膠-凝膠法制備的，而且在PI薄膜復(fù) 合材料中納米粒子通常是無(wú)定型的，或者無(wú)機(jī)粒子相對(duì)尺寸大、非官能化出現(xiàn) 粒子團(tuán)聚的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高介電常數(shù)二氧化鋯納 米晶體/聚酰亞胺(nano-ZrO₂/PI)復(fù)合薄膜及其制備方法。本發(fā)明利用簡(jiǎn)單溶液法 制備高質(zhì)量的高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體/聚酰亞胺復(fù)合薄膜，大大簡(jiǎn)化了制 備工藝，節(jié)約了制備成本。且制備得到的高介電常數(shù)復(fù)合薄膜具有較高的介電 常數(shù)和較好的表面平整度。

一種高介電常數(shù)二氧化鋯納米晶體/聚酰亞胺復(fù)合薄膜的制備方法，所述方 法包括：

1)高壓反應(yīng)釜襯里加入叔丁胺水溶液、正丁醇鋯、油酸甲苯溶液后，把高 壓反應(yīng)釜密封置于烘箱中160-200℃反應(yīng)15-20h，自然冷卻至室溫，然后將上 述反應(yīng)后的上層清液用甲醇沉淀，再離心后得到二氧化鋯納米晶體；所述的叔 丁胺水溶液中叔丁胺的質(zhì)量百分濃度為1％-3％；所述的油酸甲苯溶液中油酸的 質(zhì)量百分濃度為5％-15％；叔丁胺、正丁醇鋯與油酸體積比為2:3:10；V_甲醇:V_上層清液＝1:1；

2)在錐形瓶中依次加入N,N-二甲基乙酰胺和4,4'-二氨基二苯基醚，，在 氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌直至4,4'-二氨基二苯基醚全部溶解，然后分多次向錐形瓶中 加入均苯四甲酸酐，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的粘度急劇增大，持續(xù)攪拌22-24h 后得到均一、透明的聚酰胺酸溶液；4,4'-二氨基二苯基醚和N,N-二甲基乙酰胺 的質(zhì)量-體積濃度為25mg/ml，所述的4,4'-二氨基二苯基醚和均苯四甲酸酐的摩 爾比為1:1；

3)將二氧化鋯納米晶體和3-氯過(guò)氧苯甲酸溶于甲苯中，超聲分散，所述的 二氧化鋯納米晶體與3-氯過(guò)氧苯甲酸的摩爾比為1：1；然后將該溶液倒入步驟 2)制備得到的聚酰胺酸溶液，攪拌，得到二氧化鋯納米晶體與聚酰胺酸的前體 溶液，二氧化鋯納米晶體與聚酰胺酸的質(zhì)量比為0.25-1.5：1；

4)采用旋涂法，將所述氧化鋯納米晶體與聚酰胺酸的前體溶液在基片上進(jìn) 行成膜工序，制備得到二氧化鋯納米晶體與聚酰胺酸薄膜半成品；