Научная статья на тему 'Нанокомпозитный материал для термои хемостойких покрытий и планарных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью'

Нанокомпозитный материал для термои хемостойких покрытий и планарных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
61
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАНОКОМПОЗИТ / СЕГНЕТОЭЛЕКТРИК / ПОЛИМЕРНАЯ МАТРИЦА / ПОЛИ(О-ГИДРОКСИАМИД) / ПОЛИБЕНЗОКСАЗОЛ / ТЕРМО-ХЕМОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ / ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Афанасьев Валентин Петрович, Большаков Максим Николаевич, Рене Алехандро Кастро Арата, Лебедева Галина Константиновна, Марфичев Алексей Юрьевич

Разработан нанокомпозитный материал сегнетоэлектрик/полимер для термо- и хемостойких покрытий и планарных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью. В качестве полимерной основы композита использован поли(о-гидроксиамид) – продукт поликонденсации 3,3'-дигидрокси-4,4'-диамино-дифенилметана и дихлорида изофталевой кислоты в амидном растворителе, а в качестве сегнетоэлектрического наполнителя - порошок промышленной керамики марки ЦТСНВ-1. В зависимости от режимов формирования полученных композитных покрытий значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь составляли, соответственно, ε = (23 … 185), tgδ = (0.04 – 0.08). В отличие от компонентов композита полученный композитный материал вплоть до 300°С характеризуется термостабильностью электрофизических параметров. Полученный материал можно использовать для создания встроенных пленочных конденсаторов в электронике

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Афанасьев Валентин Петрович, Большаков Максим Николаевич, Рене Алехандро Кастро Арата, Лебедева Галина Константиновна, Марфичев Алексей Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Нанокомпозитный материал для термои хемостойких покрытий и планарных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью»

УДК 538.9.53.06:621.315

Синтез новых полимерных композитов с сегнето-электрическими наполнителями и изучение их свойств остаются актуальными из-за растущего практического

В.П. Афанасьев1, М.Н. Большаков2, Р.А. Кастро3, Г.К. Лебедева4, А.Ю. Марфичев5, И.М. Соколова6, Л.И. Рудая7, Д.А. Чигирев8, В.В. Шаманин9

НАНОКОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕРМО-И ХЕМОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ И ПЛАНАРНЫХ СЛОЕВ С ВЫСОКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)

197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, д. 5

Российский государственный педагогический

университет им. А.И. Герцена

191186, Санкт-Петербург, Наб. р. Мойки, д. 48

Институт высокомолекулярных соединений РАН 199004, Санкт-Петербург, Большой пр., д. 31

Санкт- Петербургский госуда рственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26

Разработан нанокомпозитный материал сегнетоэлектрик/полимер для термо- и хемостойких покрытий и планарных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью. В качестве полимерной основы композита использован поли(о-гидроксиамид) - продукт поликонденсации 3,3’-дигидрокси-4,4’-диамино-дифенилметана и дихлорида изофталевой кислоты в амидном растворителе, а в качестве сегнетоэлектрического наполнителя - порошок промышленной керамики марки ЦТСНВ-1. В зависимости от режимов формирования полученных композитных покрытий значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь составляли, соответственно, £ = (23 ... 185), tg5 = (0.04 - 0.08). В отличие от компонентов композита полученный композитный материал вплоть до 300°С характеризуется термостабильностью электрофизических параметров. Полученный материал можно использовать для создания встроенных пленочных конденсаторов в электронике.

Ключевые слова: нанокомпозит, сегнетоэлектрик, полимерная матрица, поли(о-гидроксиамид), полибензоксазол, термо-хемостойкие покрытия, термостабильность электрофизических параметров.

применения этих материалов в таких областях техники как радио-, опто- и акустоэлектроника, нелинейная оптика и др. [1-6]. Выбор метода изготовления нанокомпози-

1 Афанасьев Валентин Петрович, д-р техн. наук,, профессор, зав. каф. квантовой электроники и оптико-электронных приборов Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), VPAfanasjev@mail.ru

2 Большаков Максим Николаевич, мл. науч. сотр. Института высокомолекулярных соединений РАН, bolshmax@rambler.ru

3 . Рене Алехандро Кастро Арата, д-р физ.-мат.наук, профессор каф. физики Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, recastro@mail.ru

4 . Лебедева Галина Константиновна, канд. хим. наук, науч. сотр. Института высокомолекулярных соединений РАН, constan-ta2011.lebedeva@mail.ru

5 Марфичев Алексей Юрьевич, инженер Института высокомолекулярных соединений РАН, amarfichev@mail.ru

6 Соколова Ирина Михайловна, канд. техн. наук, ст. науч. сотр. каф. микро-и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), imsokolova@mail.ru

7 Рудая Людмила Ивановна, канд. хим. наук, ст. науч. сотр. каф. химической технологии органических красителей и фототропных соединений Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 9241890@mail.ru

8 Чигирев Дмитрий Алексеевич, инженер каф. микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), thor1261@mail.ru

9 Шаманин Валерий Владимирович, д-р хим.наук., зав. лаб. механизма полимеризации и синтеза полимеров Института высокомолекулярных соединений РАН, shamaninvv@mail.ru

Дата поступления - 2 июля 2012 года

тов на базе системы диэлектрическая матри-ца/сегнетоэлектрический нанодисперсный наполнитель позволяет, с одной стороны, исключить в значительной степени неопределенность в стехиометрии, структуре, размере зерна вводимой сегнетоэлектрической фазы. С другой стороны, изменяя свойства матрицы, можно в достаточно широких пределах изменять параметры и функциональное назначение создаваемых гетерофазных нанокомпозитов. В данной работе решалась задача разработки технологии получения термостойкого композитного (се-гнетоэлектрик/полимер) покрытия с повышенными значениями диэлектрической проницаемости и электрической прочности и пониженным значением тангенса угла диэлектрических потерь. Процесс создания композита включает получение полимерной матрицы с высокой адгезией к различным типам проводящих субстратов, выбор сегне-тоэлектрического наполнителя и способа диспергирования частиц сегнетоэлектрика в композите для создания стабильного во времени полимерного пленкообразующего композита с повышенным значением диэлектрической проницаемости. Основными проблемами, требующими решения при формировании таких покрытий, являются снижение размера и степени агрегирования зерен сегне-тоэлектрика, а также необходимость обеспечения высокой степени загрузки композита наполнителем.

В ряду известных полимеров, применяемых в микроэлектронике и электротехнике, по набору таких характеристик, как термостойкость, пленкообразующие свойства, адгезия к различным типам субстратов, электрофизические параметры, совместимость в композитах с различными органическими и неорганическими наполнителями, обращают на себя внимание полиамидокислоты (ПАК) и поли(о-гидроксиамиды) (ПОА).Эти полимеры, являясь гидрофильными при формировании пленки, после термической обработки, в ходе которой протекает химическая реакция циклодегидратации, превращаются, соответственно, в высоко гидрофобные полиимиды (ПИ) и поли(бензоксазолы) (ПБО), характеризующиеся термостойкостью до 400°С, высокой химической стойкостью и низкой влагоемкостью. Эти свойства полимеров предопределили их использование в качестве защитных слоев в различных БИС и СБИС [7-9], датчиках влажности [10] и других электронных приборах.

Сравнивая свойства ПАК и ПОА, следует отметить, что при всех положительных характеристиках ПАК уступают ПОА. Одним из существенных недостатков ПАК является значительная склонность к гидролизу практически любой полиамидокислоты, который ускоряется в присутствии следов влаги и повышении температуры. Это, в свою очередь, приводит к резкому снижению вязкостных параметров композиции и, как следствие, к ухудшению качества формируемых пленок. Срок хранения самого полимера ПАК и композиций на его основе невелик, причем хранение должно осуществляться при низких температурах, как правило, в морозильной камере.

Поли(о-гидроксиамиды) (ПОА) свободны от этого недостатка, поэтому в качестве полимерной основы разрабатываемого композита был выбран (ПОА) (I), который получали реакцией поликонденсации 3,3'-дигидрокси-4,4'-диаминодифенилметана с дихлоридом изофталевой кислоты в амидных растворителях (|\1-метилпирролидоне, диметилацетамиде). Реакция протекала при пониженной температуре (-5-0°С) с выделением хлористого водорода, который выводился из сферы реакции связыванием с одним из оснований, например, введением в реакционную массу окиси этилена или эпихлоргидрина. За счет использования изофталевой кислоты реализовывался важный параметр для создания пленок высокого качества - высокая растворимость полимера в органическом растворителе. Путем варьирования соотношения компонентов, тем-

пературы реакции, типа растворителя, абсорбера хлористого водорода, компонентов - блокираторов реакционноспособных концевых групп, удалось получить ПОА с молекулярной массой (ММ) 60000-80000, (приведенная вязкость 0.5 %-ных растворов в серной кислоте составляла

0.6-0.8 дл/г ). Ниже приведена схема перехода при термической обработке ПОА (I) в поли(бензоксазол) (ПБО) (II). Пленки ПБО обладают термостойкостью до 400°С на воздухе и до 450°С в инертной атмосфере, а также высокой химической стойкостью как к неорганическим кислотам и основаниям, так и агрессивным органическим растворителям [11]. Повышенная хемостойкость разрабатываемого композита обусловлена именно хемостойкостью полимера, так как в композите полимер обволакивает зерна наполнителя и формирует сплошной поверхностный слой.

(I) - ПОА, (II) - ПБО , п =160 - 250

ПОА такого строения и высокой молекулярной массы дает на различных проводящих субстратах адгезионно прочные покрытия [12], причем пленки наилучшего качества были получены из растворов в N,N1- диметилаце-тамиде, поэтому впоследствии все растворы готовились именно в этом растворителе.

Термические испытания пленок, полученных из ПБО (II), выявили их уникальное свойство: в отличие от полиимидов, дефектность которых с повышением температуры возрастает, пористость ПБО уменьшается, а, следовательно, сплошность покрытия улучшается. Это связано с тем, что температура размягчения ПБО выше температуры полициклодегидратации, и возникающие дефекты «затекают».

В качестве нанодисперсного наполнителя в разрабатываемом композите были опробованы порошки Ba-ТЮз и промышленной керамики ЦТСНВ-1 состава: Pbo,8lSгo,o4•Nao,o75Bio,o75(Zгo,58Tio,42)Oз. ЦТСНВ-1 имеет температуру Кюри - 240°С, диэлектрическую проницаемость при комнатной температуре - 2250±560, tg5 = 0.019 [13].

Были приготовлены суспензии порошков BaTiOз и ЦТСНВ-1 в лаке ПОА (содержание сухого полимера в лаке составляла 20% вес.). Сравнительный анализ оптических изображений поверхности различных исследованных образцов показал преимущества использования полимера: наблюдалась практически нулевая пористость, сплошность покрытия, хорошая адгезия к металлам, возможность съема пленки с подложки.

В композиции с суспензиями BaTiOз в спирте и воде оказалось затруднительным оценить соотношение полимер : наполнитель, поэтому все дальнейшие исследования проводились с наполнителем ЦТСНВ-1, позволяющим четко соблюдать соотношение полимер : наполнитель в композите. Кроме этого пленки композита с ЦТСНВ-

1 имели меньше агрегированных фрагментов, что, вероятно, свидетельствует о меньших размерах его частиц и меньшей склонности их к агломерации. Смешение компонентов проводилось при комнатной температуре без предварительного диспергирования частиц наполнителя. Необходимость снижения размера и степени агрегирования зерен сегнетоэлектрика, а также обеспечения высокой степени загрузки композита наполнителем обусловила введение дополнительной операции. Перед нанесением на проводящий субстрат суспензию композита в растворе полимера подвергали ультразвуковой обработке. Режимы ультразвукового диспергирования наполнителя в составе полимерной суспензии были подобраны так, чтобы обеспечить доведение используемого в качестве наполнителя порошка промышленной керамики ЦТСНВ-1 до уровня дисперсности 200...300 нм, но не приводить при этом к деструкции полимера.

Ключевые моменты разработанной технологии заключаются в следующем:

- использование в качестве полимерной матрицы поли(о-гидроксиамид)а, являющегося пленкообразующим материалом, обеспечивающим высокую адгезию формируемых пленок к различным подложкам [11, 12];

- использование в качестве наполнителя порошка промышленной керамики ЦТСНВ-1

- смешение компонентов при комнатной температуре без предварительного диспергирования частиц наполнителя;

- ультразвуковое диспергирование наполнителя в составе полимерной суспензии, не приводящее к деструкции полимера, но обеспечивающее для используемого в качестве наполнителя порошка керамики ЦТСНВ-1 уровень дисперсности 200.300 нм;

- формирование композитного покрытия на подложке методом седиментации;

- разработка методики удаления избыточного полимера с поверхности осажденного слоя композита;

- ступенчатая термическая обработка покрытия в режиме: 150 °С (15 мин.), 200°С (15 мин.) , 250 °С (15 мин.), 300°С (30 мин.), 350°С (30-60 мин.), в результате которой происходит превращение ПОА в ПБО (степень полигетероциклизации достигает 98-99%, усадка слоя по толщине составляет не более 30%).

Экспериментальная часть

Методика изготовления пленочных композитных покрытий. Для формирования суспензии композита с се-гнетоэлектрическим наполнителем ЦТСНВ-1 использовали разбавленный полимерный раствор поли(о-гидроксиамид) (ПОА) непосредственно из реакции после завершения поликонденсации. Были взяты соотношения полимер (сухой остаток): наполнитель в диапазоне от 1 : 1,15 до 1 : 1,5. Процесс изготовления исходной суспензии включает следующие операции: смешение определенной навески ЦТСНВ-1 с растворителем (диметилацетамидом); тщательное взбалтывание суспензии; дальнейшее отстаивание ее в течение 3-5 мин; отделение верхнего слоя с взмученными частицами от осадка методом декантирования; последующее смешение при комнатной температуре слитой суспензии «молока» наполнителя в диметилацета-миде с навеской реакционного раствора полимера ПОА. Особенность разработанной технологии состоит в том, что ультразвуковое диспергирование порошка сегнетоэлек-трического наполнителя осуществлялось непосредственно в растворе полимера. Для реализации ультразвуковой технологии в качестве источника выбран ультразвуковой генератор ИЛ 10-0.63 мощностью 630 Вт с магнитострик-ционным преобразователем типа ПМС-О.63/22, работающем на резонансной частоте 22000Гц. Время диспергирования 60 мин. Разрушения полимера в результате ультра-

звуковой обработки не происходило (ИК-спектры пленок, сформированных из ПОА до и после ультразвуковой обработки совпадали). Благодаря большей вязкости полимерной суспензии по сравнению с вязкостью суспензии наполнителя в растворителе существенно подавляется агрегирование частиц наполнителя и возрастает стабильность свойств суспензии при хранении.

Образцы пленочных композитных покрытий формировались на подложках БЬБЮ2^. Использовались пластины монокристаллического кремния ориентации (100). Нижние платиновые электроды наносили методом ионноплазменного напыления на всю поверхность БЬподложки, использовалась установка ионно-плазменного распыления трехэлектродного типа, температура подложки при нанесении составляла 450°С. Толщина нижнего Pt - электрода составляла 80 нм. После формирования на поверхности подложки пленки композита, ее сушки и термообработки на поверхность композита тем же методом через теневую маску наносили систему верхних электродов, размером 1,5 х 4,5 мм2, формируя таким образом конденсаторные структуры. Толщина верхних платиновых электродов составляла 100 нм.

Для повышения степени загрузки композита при изготовлении композитного покрытия был выбран метод седиментации (осаждения) из суспензии сегнетоэлектри-ческого наполнителя в растворе полимера. Суспензии наполнителя в растворе полимера, налитые в стеклянный закрытый сосуд, предварительно обрабатывались с использованием мощного ультразвукового излучения с целью диспергирования частиц наполнителя. После этого подложки загружались в специальную оснастку, погружались на дно сосуда с налитой до определенного уровня суспензией, выдерживались в ней заданное время, после чего извлекались и сушились. Скорость осаждения частиц наполнителя, а, следовательно, и зависимость толщины осажденного слоя сегнетоэлектрического наполнителя от времени зависят от многих факторов: уровня дисперсности наполнителя, вязкости суспензии, высоты столба суспензии над подложкой, степени декантации суспензии, времени осаждения. Как показали проведенные эксперименты, при фиксировании этих факторов устанавливается пропорциональная связь между временем осаждения, толщиной пленки композита и степенью загрузки композита. В экспериментах варьировали вязкость суспензии (содержание сухого остатка полимера в растворе 6% и 12%), время осаждения (5 - 70 мин.), длительность декантации (30 мин., 24 ч., 9 суток, 20 суток). Особенностью процедуры получения композитных покрытий ЦТСНВ-1/полимер явилось также то, что для получения высокой степени загрузки композита было необходимо после извлечения подложек проводить дополнительную процедуру удаления излишков полимера, который выступал над поверхностью слоя наполнителя, формируя своеобразную слоистую структуру. Причина этого явления в большом поверхностном натяжении полимера. Формирование слоистой структуры полимер - композит на данном этапе работы нежелательно, так как в этом случае вклад сегнето-электрической составляющей в электрофизические характеристики, в частности, в диэлектрическую проницаемость существенно снижается. Удаление излишков полимера с поверхности композита проводили либо в ручном режиме с использованием пористого материала, либо с использованием центрифугирования на малых скоростях вращения центрифуги.

Зависимость толщины пленок композитов от времени осаждения существенно зависит от таких факторов, как вязкость суспензии, время декантации и способ удаления избыточного количества полимера. На рисунке 1 приведены кинетические зависимости роста толщины

пленочного композитного покрытия для жимов изготовления.

различных ре-

Рисунок 1. Кинетические зависимости толщины пленочного композитного покрытия для различных режимов изготовления. Варьируется: Лt - время выдержки суспензии после УЗ-обработки; п - концентрация раствора полимера; способ удаления избыточного слоя полимера -ручной или центрифугирование. 1 - Лt= 30 мин, п = 6%, ручной способ; 2- Лt= 30 мин, п = 12%, ручной способ; 3 - Лt= 20 суток, п = 6%, ручной способ; 4 - Лt= 20 суток, п = 6%, центрифугирование.

Из приведенных зависимостей следует, что увеличение вязкости суспензии (повышение концентрации раствора полимера) существенно, в несколько раз, замедляет процесс оседания частиц наполнителя. Заметное уменьшение скорости роста толщины пленки для образцов, полученных из суспензии, прошедшей декантацию в течение 20 суток, по сравнению с образцами, полученными из свежеприготовленной суспензии (рисунок 1, кривые 1, 3), может быть объяснено тем, что в данном случае во взвешенном состоянии остается наиболее мелкая фракция частиц наполнителя. Применение для удаления избыточного слоя полимера с поверхности центрифугирования при малых скоростях вращения центрифуги позволяет получать достаточно тонкие пленки (рисунок 1, кривая 4). Кинетика роста толщины композитных пленок позволяет рассчитывать на управляемость процесса изготовления композитных покрытий и воспроизводимость параметров полученных композитов. Это особенно важно при постановке задачи получения композитных покрытий в диапазоне толщин: 1-3 мкм.

Исследование полученных композитных покрытий проводили путем анализа оптических изображений поверхности полученных покрытий, проведения структурных исследований с использованием растровой электронной спектроскопии, а также измерения электрофизических характеристик композитных пленок в диапазоне радиочастот при комнатной и повышенных температурах.

Оптические изображения поверхности получали с помощью микроскопа ММН-2 (максимальное увеличение х500), оснащенного видеокамерой и сопряженного с компьютером. Для измерения электрофизических параметров (емкости и tg5) использовали автоматизированный лабораторный стенд, представляющий собой измеритель им-митанса Е7-20, сопряженный с компьютером. Для изучения структуры композитных покрытий использовали растровый электронный микроскоп.

Представленное на рисунке 2 РЭМ-изображение структуры полученного композита указывает на высокую степень загруженности композита наполнителем, размер зерен агрегатов наполнителя порядка 300 нм, зерна достаточно однородно распределены в объеме композита, полимер обволакивает зерна наполнителя и формирует сплошной поверхностный слой.

а)

Рисунок 2. РЭМ- изображение сечения (а) и поверхности (б) пленки композита.

б)

На рисунке 3а приведено изображение поверхности слоя осажденного наполнителя на образце, полученном через 20 дней после УЗ-обработки суспензии, для которого избыточное количество полимера удалили центрифугированием. Как следует из рисунка, распределение частиц в слое не искажено под действием центробежных сил. Применение центрифугирования на малых (500.1000 об/мин.) скоростях вращения центрифуги для удаления избыточного количества полимера практически не затрагивает слой осажденного наполнителя, степень загрузки не ухудшается. Следовательно, применение процедуры центрифугирования на малых оборотах вращения центрифуги для устранения избыточного количества полимера не нарушает структуру композитного покрытия и может быть рекомендовано к использованию.

Следует также отметить, что использование центрифугирования позволяет получать более тонкие пленки композита (тоньше в 2-3 раза) при сохранении других технологических параметров. Наблюдаемое частично агрегированное состояние наполнителя обусловлено фактом 20-дневного хранения суспензии после ультразвуковой обработки. Однако средний размер агрегатов частиц наполнителя не превышает 5 мкм и остается существенно ниже, чем для образца, изображение поверхности которого приведено на рисунке 3б, полученного из суспензии, не подвергавшейся УЗ - обработке.

На рисунке 4 приведена зависимость эффективной диэлектрической проницаемости £эфф композитных пленок от толщины пленки. Рост £эфф обусловлен двумя факторами: в силу особенностей разработанной технологии с ростом толщины растет степень загрузки композита наполнителем, а также с ростом толщины уменьшается относительный вклад в значение £эфф диэлектрических параметров слоя полимера, расположенного на поверхности композитного покрытия.

б)

Рисунок 3. Сопоставление оптических изображений поверхности образцов композита: а - образец получен через 20 дней после УЗ -обработки; б- образец получен из суспензии, не подвергавшейся УЗ -обработке. Избыточное количество полимера удалили центрифугированием (а) и ручным способом (б).

Рисунок 5. Температурные (а,6) зависимости £ (а) и Ьдд (6) для образцов пленки композита № I ( ) и пленки чистого полимера (

). Частота измерений 200 кГц. Толщина покрытий 10 мкм.

Можно отметить существенное возрастание диэлектрической проницаемости при схожей толщине. Различие в величине £ для этих двух образцов указывает на наличие в пленке композита вклада сегнетоэлектрической составляющей, незначительное возрастание £эфф пленки композита в области температуры выше 160°С соответствует росту диэлектрической проницаемости при приближении к области температуры Кюри, однако максимума емкости, соответствующего температуре Кюри, в области температур вплоть до 300°С не наблюдается. Уровень потерь для пленки композита незначительно превышает уровень потерь в пленке чистого полимера. Можно констатировать, что полученные пленки композита характеризуются высоким уровнем термостабильности £эфф и tg5 в интервале температур (20 - 300) °С. Сопоставление проведенных на рисунке 6 частотных зависимостей диэлектрической проницаемости для пленок композита и чистого полимера свидетельствует о температурной стабильности частотных характеристик композита в диапазоне температур (50-120)°С. Кроме этого имеет место корреляция в спаде частотных зависимостей £эфф композита и £ полимера вблизи частоты измерений 2 МГц.

Рисунок 4. Зависимость эффективной диэлектрической проницаемости £эфф композита от его толщины. Покрытия толщиной 7 мкм, 11, мкм и 15 мкм получены из суспензии 20 - дневной выдержки при времени осаждения 10 мин., 30 мин. и 60 мин., соответственно.

На рисунке 5 проведено сопоставление температурных зависимостей диэлектрической проницаемости £эфф и tg5 для образца композита с аналогичными зависимостями для пленки чистого полимера, являющегося линейным диэлектриком.

Рисунок 6. Частотные зависимости диэлектрической проницаемости £ композита и чистого полимера (поли(бензоксазола).

Аналогичное соответствие наблюдали авторы [14] для композитных систем BaTiOз в матрице поливинилхлорида. Такое совпадение может указывать на наличие существенного взаимодействия на границе раздела полимерная матрица/сегнетоэлектрический наполнитель.

Заключение

Разработана технология получения и исследованы характеристики пленочных термостойких композитов системы ЦТСНВ-1 / поли(бензоксазол).

Установлены основные параметры процесса диспергирования сегнетоэлектрического порошка: мощность ультразвукового сигнала, выбор среды диспергирования, подбор массы порошка, время проведения процесса. Достигнутые значения минимальной дисперсности частиц порошка составили 200.300 нм. Выявлены корреляционные закономерности между временем осаждения и степенью загрузки композита, между вязкостью суспензии и скоростью осаждения частиц наполнителя, между временем декантации и степенью агломерации частиц наполнителя.

Разработанная технология обеспечивает, в зависимости от комбинации используемых технологических факторов, возможность получения пленочных композитов ЦТСНВ-1/ поли(бензоксазол) со следующими параметрами: размер зерна <3 = 200 нм - 1 мкм; толщина покрытия

I = 2-20 мкм; £эфф композита 50-200; Суд = 5000-11000 пФ/см2.

Полученный материал можно использовать для создания встроенных пленочных конденсаторов в электронике.

Работа выполнена в рамках проекта № _2.1.2/_11618 аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы (2011 г.)"

Литература

1. Peter Barber, Shiva Balasubramanian, Yogesh Angu-chamy, Shushan Gong, Arief Wibowo, Hongsheng Gao, Harry J. P/oehn and Hans-Conradzur Loye. Polymer Composite and Nanocomposite Dielectric Materials for Pulse Power Energy Storage. Review // Materials. 2009. № 2. Р. 1697-1733.

2. Современные полимерные композиционные материалы / Берлин А.А. // Соровский образовательный журнал. 1995. № 1. С. 57-65.

3. Alexeev S.A, Sychov M.M., Likhacheva O. V., Korsakov V . Rodionov A.G., Ejenkova L.L High dielectric constant composites for the electroluminescent displays/ // Displays optics, 23-24 October, St. Peterburg. 2004. P. 35.

4. Tanaka Т Dielectric nanocomposites with insulating properties // IEEE Trans. Diel. Electr. Insul. 2005. V. 12. № 5. P. 914-928.

5. Гефле О.С., Лебедев С.М., Ткаченко С.Н. Поведение композиционных материалов с наполнителем из сегнето-электрической керамики в электрическом поле // Изв. Томского политехнического университета. 2005. Т. 308. С. 64-68.

6. Функциональные наполнители для пластмасс / Под ред. Ксантоса М. СПб.: НОТ, 2010. 462 с.

7. Omote T Photosensitive Polyimides: Molecular Design and Applications / Ed. Ghosh N.K., Mittal K.L. N-Y.: 1996. P. 121-149.

8. X .Z. Jin, H. Ishii Positive-type Photosensitive Polyi-mide with low modulus based on soluble block copoly(imide-siloxane) // J.Photopolymer Sci. Tech. 2004. V. 17, N 2. P. 201-206.

9. G.Maier. Low dielectric constant polymers for microelectronics // Prog. Polym. Sci. 2001. V. 26. P. 3-65.

10. Yong-Ho Kim, Joon - Young Lee, Yong Jun Kim, Jung Huin Kim. A Highly Sensitive Humidity Sensor using a Modified Polyimide Film // J. Semiconductor Technology and Science. 2004. V. 4, N 2. P. 128-132.

11 Способ получения термостойкого позитивного фоторезиста: пат. 2379731 Рос. Федерация. №

2008101284/04; заявл. 09.01.2008; опубл. 20.07.2009.

12 Ельцов А. В., Рудая Л. И., Боголюбова С. С. [и др.]. Высокотермостойкие резистные композиции с повышенной адгезией // Журн. прикл химии. 1993. Т. 66. № 3. С. 595-609.

13. Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. Т. 3. Л.: ЭНЭРГОАТОМИЗДАТ. 1988. 728 с..

14. Гефле О.С., Лебедев С.М., Похолков Ю.П. Частотные спектры комплексной диэлектрической проницаемости композиционных диэлектриков на основе поливинилхлорида // Изв. Томского политехнического университета. 2007. Т. 310. № 1. С. 87-91.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.