LED封装用二维聚合物晶体-环氧树脂合金材料的制备及性能研究

There is an excellent overall performance of widely used LED Encapsulation epoxy resin. But its properties including light fastness, heat resistance, physical and mechanical properties are still inadequate. These deficiencies limit the application of epoxy resin in multi-functional LED products. In response to this problem, we intend to design and synthesize two-dimensional polymer crystals with excellent optical, thermal and mechanical properties on a molecular level in this project. We would study the relationship between the structure and properties to obtain two-dimensional polymer crystal materials with light and heat resistance and high mechanical performance. After the controllable blending of the material with the encapsulated epoxy resin prepolymer system and curing with ultraviolet light, a two-dimensional polymer crystal-epoxy alloy material is obtained. We intend to explore the influence of the structure and blending ratio of two-dimensional polymer crystals on the properties of the resulting polymer alloy materials, and reveal the relationship between the structure and blending ratio of two-dimensional polymer crystals and the properties of polymer alloys. By adjusting the structure and blending ratio of the two-dimensional polymer crystals, the optical, thermal and mechanical properties of the polymer alloy materials could be regulated. By this means, we could comprehensively improve the light resistance, heat resistance and mechanical strength of the epoxy resin alloy, provide a theoretical basis for the application of two-dimensional polymer crystal-epoxy alloy material in LED packaging field.

作为应用最广的LED封装材料，环氧树脂具有优良的综合性能，但在耐光、耐热和物理机械性能方面的不足限制了其在多功能LED产品中的应用。针对这一问题，本项目拟建立从分子尺度上可控合成具有优异光学、热学和力学性能的二维聚合物晶体的方法，研究结构对性能的影响，揭示结构与性能的关系，获得兼具高耐光、高耐热和高机械性能的二维聚合物晶体材料。通过将该材料与LED封装用环氧树脂预聚物体系可控共混后，采用紫外光照射固化，得到二维聚合物晶体-环氧树脂合金材料。探索二维聚合物晶体的结构和共混配比对所得聚合物合金材料性能的影响，揭示二维聚合物晶体的结构和共混配比与聚合物合金性能的关系，通过调节二维聚合物晶体的结构和共混配比，调控聚合物合金材料的光学、热学和力学性能，全面提高环氧树脂合金的耐光、耐热和机械强度，为二维聚合物晶体-环氧树脂合金材料在LED封装领域的应用提供理论依据，具有重要的理论与实际应用价值。

将具有优异性能的二维聚合物与环氧树脂结合制备而成的合金材料具有良好的综合性能，本课题通过界面聚合的方法制备了一系列二维聚合物晶体，结合光谱分析、电镜分析、晶体结构分析等方法与技术，对二维聚合物的结构和本征性能进行初步研究。构建了亚胺基二维聚合物2DPI并研究了其本征电学性质，通过空间电荷限制电流（SCLC）模型对其进行分析，结果表明亚胺基二维聚合物2DPI具有潜在的半导体方面的应用。将2DPI与环氧树脂混合制成二维聚合物-环氧树脂合金，对合金材料的热力学性能进行测试，在二维聚合物添加量为0.1wt%时，合金材料的耐热性提高了约80℃，表明二维聚合物的加入大大提高的基体树脂的热稳定性。将2DPI与聚苯乙烯混合可以制成具有良好机械性质且具有结构色的薄膜，拓展了二维聚合物在光学防伪膜领域的应用。构建了酰胺基二维聚合物2DPAZ并研究了其本征光学性质。采用本课题的合成方法，可以在室温下合成最大长度为200微米的二维聚合物晶体，晶体尺寸足够大且足够稳定，可以经受住酸、碱、有机溶剂等的作用，可针对单独一颗尺寸较大的二维聚合物晶体进行本征光学性质的测试。测试结果表明，该酰胺基二维聚合物具有连续白光光源的应用潜力。针对该大尺寸且化学和光学性质均稳定的二维聚合物晶体，本研究对其进行了化学结构和晶体结构的深入解析，结合目前的计算机模拟数据，可以在分子尺度分析该二维聚合物发连续白光的机理。构建了二维聚合物2DP1，为了研究其性质，将其与石墨烯结合制成异质结，该异质结构具有很高的化学稳定性，热稳定性可达400℃。导电性相对石墨烯提高了约2.5倍。本研究的工作提供了一种根据特定应用的需要而通过分子设计来调整二维聚合物的性质的方法，为这种方法的扩展应用奠定了理论基础，为二维聚合物在合金材料中的应用提供理论依据。