磷酸基地质聚合物材料的分子结构、反应机理及其介电性能的研究

地聚物材料在常温下可以固化，又兼有陶瓷材料的性能，因此有望在电子封装领域得到应用，但前提条件是要有低的介电常数和介电损耗。碱聚合地聚物材料因为含有可迁移的碱金属离子，导致介电损耗在射频段很难降低到0.01；本课题组发现，一种磷酸聚合的铝硅酸盐类地聚物材料，其介电损耗在射频段可以降低到0.002以下；本课题拟利用纯净的化学法合成系列硅铝比的粉体，通过选择合适配比和反应条件制备出具有不同组成、结构和不同性质的前驱体粉体，系统研究合成粉体和磷酸聚合反应的活性与粉体特性、固液比、相组成及反应条件之间的必然联系，研究其反应热力学和动力学；利用固体核磁共振等技术研究地聚物材料的分子结构，并结合反应热力学和动力学、力学性能和微观结构的研究获得聚合反应机理；利用阻抗分析仪并结合高温炉、恒温恒湿箱等设备测定地聚物材料的介电性能及与外场的关系，研究其介电响应机制并探索用于电子封装的可行性。

地聚物材料在常温下可以固化，又兼有陶瓷材料的性能，因此在电子封装领域有望得到应用，但前提条件是该材料要有低的介电常数和介电损耗。研究较多的碱聚合地聚物材料因为含有可迁移的碱金属离子，导致其介电损耗在射频段很难降低到0.01；本课题组通过研究发现，一种磷酸聚合的铝硅酸盐类地聚物材料，其介电损耗在射频段可以降低到0.002以下；磷酸基地质聚合物（phosphoric acid-based geopolymers）是一种由[AlO4]、[SiO4]和[PO4]四面体构成具有三维立体网络结构的铝硅酸盐无机聚合物。与碱基地质聚合物相比，磷酸基地质聚合物具有强度高、高温热稳定性好、介电常数和介电损耗低等优点。目前，制备磷酸基地质聚合物的主要原料为偏高岭土。然而偏高岭土成分复杂，使得磷酸基地质聚合物反应机理难以确定。为了研究该材料反应机理，设计和控制磷酸基地质聚合物的组成、性能和结构就显得非常重要。溶胶-凝胶法合成的无定形铝硅酸盐粉体，纯度高，性能稳定，活性高，可以根据需要设计粉体的组成, 有利于磷酸基地质聚合反应机理的研究。本项目采用溶胶-凝胶法，以正硅酸乙酯(TEOS)和水合硝酸铝(ANN)为主要原料，无水乙醇为溶剂，制备了高纯的Al2O3-nSiO2粉体(n=1,2或3), 对其磷酸激发活性及制备磷酸基地质聚合物的工艺参数进行了研究。本项目利用利用XRD、NMR、SEM、FTIR等手段研究了合成粉体的特性及与磷酸聚合反应的活性，系统研究了合成粉体特性、固液比、相组成及反应条件对地聚合反应的影响并研究了合成粉体与磷酸反应的热力学和动力学；利用固体核磁共振等技术研究地聚物材料的分子结构，并结合反应热力学和动力学、力学性能和微观结构的研究获得聚合反应机理；利用阻抗分析仪并结合高温炉、恒温恒湿箱等设备测定地聚物材料的介电性能及与外场的关系，研究其介电响应机制并探索用于电子封装的可行性；利用低温发泡技术制备了多孔地质聚合物材料，获得了较高强度、高气孔率、低介电常数的磷酸基地聚物多孔材料。在本项目支持下，本课题组申请中国发明专利10项，授权4项，发表SCI收录论文10余篇，其中影响因子大于2.0的6篇，取得很好的科研成果。