近日，我校材料与纺织工程学院程凤梅博士在“设计与制备高介电常数杂化薄膜”取得重要进展，相关成果以《聚酰亚胺/钛酸钡纳米晶体杂化薄膜的制备及性能研究》 (Preparation of polyimide/BaTiO₃-nanocrystal hybrid thin films and their dielectric property) 为题，于2019年12月在线发表于国际著名高分子学科期刊《Polymers Advanced Technologies》，该论文第一作者为高级实验师程凤梅博士，李海东教授为通讯作者。

单一组分的聚合物或无机盐薄膜均无法满足高性能介电材料 (如：动态随机存取存储器(DRAM)、电容的介电材料以及场效应晶体管(FTF)的栅材料) 对介电性能与力学性能的要求。将SiO₂、TiO₂、ZrO₂、BaTiO₃等具有高介电常数的无机纳米粒子引入聚合物中，形成聚合物-无机纳米粒子杂化薄膜，可以提高薄膜的介电常数。然而一些大尺寸非功能化粒子可能会导致粒子团聚的出现，而降低杂化薄膜的介电常数。因此选用粒径小、具有较高分散性的纳米晶体作为无机组分对于制备分散性好、高介电常数的聚合物纳米杂化薄膜具有十分重要的意义。

在本论文中，采用两相法制备油酸(OA)包覆的钛酸钡(BaTiO₃)纳米晶体，将OA表面的双键进行氧化反应使OA改性，将改性后的BaTiO3纳米晶体与聚酰胺酸(PAA)接枝，采用旋涂以及烧结工艺制备聚酰亚胺(PI)/BaTiO₃杂化薄膜。

实验结果表明，改性后的纳米晶能均匀的分散在PI基体中，并且PI/BaTiO₃纳米晶体杂化薄膜的介电常数随着BaTiO₃纳米晶体积分数的增加而增加，可达到PI薄膜的14倍，在微电子领域具有广阔应用前景。

Fig 1. (A) X-ray diffraction (XRD) patterns of the oleic acid (OA)-capped BaTiO₃ nanocrystals and the modified nanocrystals. (B) Scanning electron microscopy (SEM) cross-sectional image of the PI/BaTiO₃-nanocrystal composite film with 50% volume fraction of the modified nanocrystals.

Fig 2. (A) The plots of dielectric constant versus frequency with a series of volume fraction of BaTiO₃. (B) The plots of dielectric loss versus frequency with a series of volume fraction of BaTiO₃.

该研究成果得到了浙江省自然科学基金的大力资助。(论文DOI：10.1002/pat.4779)