低介電材料之製備及其性質研究

本研究主要包括三部份：第一部分為合成含三氟甲基基團之胺固化環氧樹脂於低介電材料之應用與性質分析，第二部分為含氟馬來醯亞胺樹脂的合成與性質探討，第三部分為以原位聚合法製備聚亞醯胺/氧化石墨烯之高機械強度及低介電薄膜複合材料。研究第一部分為利用綠色製程製備含氟之環氧樹脂diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF)，採用硬化劑4,4’-diaminodipheyl-methane (DDM)硬化。將合成之DGEBF與泛用型環氧樹脂diglycidyl ether bisphenol A (DGEBA)進行掺混，採用硬化劑DDM硬化。由於含氟基團導入環氧樹脂結構中，使得材料熱安定性及玻璃轉移溫度下降。再者，由於氟原子具有高電負度、低極化性及較大的分子自由體積，隨著DGEBF添加量增加，其材料之介電常數 (dielectric constants)皆較純DGEBA環氧樹脂低，其介電常數值在 1 MHz頻率下最低為2.03。而環氧樹脂導入含氟基團，使得環氧樹脂材料有較低的吸濕性及較高的靜態接觸角 (80°)。研究第二部分為利用三步驟合成法開發一系列新型含氟及含溴氟之雙馬來醯亞胺單體，並利用微波合成法與雙胺單體進行加成反應，合成一系列含氟及含溴氟之雙馬來醯亞胺樹脂。由於高溫熱硬化之含氟之雙馬來醯亞胺樹脂具有較緊密的網狀結構，在氮氣下受熱裂解時的起始裂化溫度 (232-293℃)、玻璃轉移溫度(Tg) (123-141℃)及800℃時之焦炭殘餘率 (20.7-39.7 wt%)均相對較高。由於含氟基團導入雙馬來醯亞胺樹脂，可有效降低高分子材料的介電常數值。其介電常數值(Dk)和一般商用型BMI樹脂比較下，其Dk均降至2.49以下，最低可達2.18。除此之外，於含氟雙馬來醯亞胺樹脂中引入含溴基團，也可增加材料之熱穩定性。研究第三部分為利用原位聚合法設計大面積具高機械強度之氧化石墨烯/聚亞醯胺複合材料薄膜 (graphene oxide (GO)/polyimide (PI) composite films)，此高分子GO/PI 複合材料薄膜具有高拉伸強度 (tensile strength) (最高可為844 MPa)及高拉伸模數 (tensile modulus) (20.5 GPa)。在GO表面上接枝ODA (4,4' -Diaminodiphenyl ether)單體，提升GO於高分子基材中的分散性，使GO填充材料與高分子基材間形成強力鍵結，而兩者介面間具有較佳的荷重傳遞效率 (load transfer efficiencies)。由於GO均勻分散至PI基材中，且GO與PI間具有較強的界面作用力，當填充材料為3.0 wt% ODA-GO，其複合材料薄膜之拉伸模數為純PI薄膜的15倍，及拉伸強度為純PI薄膜的9倍。而其介電常數值隨著GO添加量之增加而漸次下降，其數值可達2.0。此研究方法為製備高性能之GO-高分子複合材料提供一有效途徑。

關鍵字

介電常數；環氧樹脂；雙馬來醯亞胺樹脂；氧化石墨烯

參考文獻

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