聚酰亚胺具有突出的耐热性能、力学性能及电学性能,广泛应用于集成电路、电力运输、航空航天、电机绝缘和机械等相关领域。聚酰亚胺掺杂零维与一维纳米材料可以提高某些性能,目前这方面的研究已趋于成熟,但PI 掺杂二维材料的研究相对较少。以石墨烯为代表的二维材料可用于提高PI 材料的电导率。通过在PI 中掺杂改性石墨烯,使其电导率提高8 个数量级。掺杂二维的二硫化钼,可以提升PI 的力学性能与热学性能,通过在PI 中掺杂二硫化钼,使其拉伸强度提升43%,玻璃化转变温度提高11 ℃。但这类二维材料与高分子材料复合,其片状结构往往容易卷曲,并非真正意义上的二维结构复合,且材料成本高,工艺复杂,很难实现量产。
金属二维材料凭借其优异的力学性能,在与高分子材料复合时,可以有效地避免自身弯曲。二维纳米银作为金属二维材料具有高介电常数、高导热系数、成本低、环保等优点。其独特的片状结构,受剪切力影响,在复合材料中可形成与表面平行的取向,避免薄膜中银片的纵向连接,明显提升材料的介电性能,因此适用于作为电介质绝缘材料。
目前,以PI为基体的纳米银复合,主要包括零维纳米银颗粒与一维纳米银线复合。PI与零维纳米银颗粒复合,主要用于制备以PI为基体的导电银胶。在PI 基体中掺入质量分数为20%的纳米银颗粒,频率为100 Hz时复合薄膜的介电常数提升到20,将经偶联剂处理的纳米银颗粒复合到PI中,发现复合薄膜的介电性能提升不大,且经偶联剂处理的颗粒极易产生团聚;此外,纳米银颗粒也常被修饰后复合到PI中,WANG L等通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包覆纳米银颗粒并复合到PI中,发现当其质量分数为71.1%,频率为103 Hz 时,复合薄膜的介电常数达到120;WENG L 等通过Al2O3 包覆纳米银颗粒,发现当其质量分数为30%时,复合薄膜的介电常数达到124;采用直接表面改性离子交换自金属化法制备的PI/Ag复合薄膜,经0.2 mol/L 硝酸银溶液离子交换40min,在300 ℃下维持4 h,测得复合薄膜表面电阻为0.5~0.6 Ω/sq、反射率达到69.36%;此外,PI/Ag 复合薄膜也被用于制备超疏水、催化及抗静电材料等。对于PI与一维纳米银复合,T H LNGUYEN等在PI 中复合纳米银线,发现当其体积分数为0.48%时,复合薄膜的电导率达到100 S/m;WANG L等通过碳包覆纳米银线,发现当其体积分数为8.4%时,复合薄膜的介电常数达到126。以PI 为基体的纳米银线复合材料还被用于制造柔性透明导电薄膜与导热材料。而对于PI 与二维纳米银片复合的研究鲜有报道。
采用原位聚合法制备聚酰亚胺(PI)基二维纳米银复合薄膜。利用扫描电镜(SEM)表征纳米银片的原始尺寸及复合薄膜的断面形貌,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)分析薄膜的相结构,并测试复合薄膜的介电常数、电导率和介质损耗因数。结果表明:当二维纳米银体积分数为0.3%时,复合薄膜内银片尺寸改变明显,随着体积分数的升高,银片尺寸变化不大;复合薄膜XRD图谱的特征峰与纯聚酰亚胺薄膜和银的特征峰吻合;纳米银片在PI 中具有良好的分散性,与PI 高分子链形成无机-有机复合结构。纳米银片的加入明显提升复合薄膜的介电常数,银片尺寸对复合薄膜介电性能影响较大;复合薄膜的电导率与介质损耗因数接近纯PI薄膜。