广东工业大学闵永刚团队研究成果：含异喹啉基团的低温固化聚酰亚胺的制备与性能研究
引言
聚酰亚胺（PI）因其优异的耐热性、电绝缘性、耐化学性和机械性能，在航空、通信及微电子领域得到广泛应用。然而，传统PI的固化温度较高，对电子设备可能造成不可逆损伤。因此，开发低温固化聚酰亚胺（LPI）成为微电子领域的研究热点。本文通过引入含异喹啉基团的功能单体，旨在制备一种具有高尺寸热稳定性的LPI。文章基于广东工业大学闵永刚院士团队研究成果及国家自然科学基金联合基金重点项目、广州市“红棉计划”创业项目等资助。
01、研究背景
聚酰亚胺的应用与挑战：PI材料因其卓越的综合性能，在多个高科技领域占据重要地位。然而，其高固化温度限制了在一些对温度敏感的电子器件中的应用。
低温固化技术的需求：随着微电子器件向小型化、集成化方向发展，对材料加工温度的要求愈发严格。低温固化技术成为解决这一难题的关键。
现有低温固化方法的局限：目前，制备LPI的方法包括一步法、化学亚胺化法和掺入固化促进剂。一步法聚合的PI热稳定性不佳；化学亚胺化法虽能实现高亚胺化程度，但残留酸对电子器件有害；掺入固化促进剂虽有利于应用，但残留促进剂会降低薄膜的热机械性能。
本征型LPI的发展趋势：近年来，研究人员倾向于在PI主链或侧链内引入固化促进单元，设计本征型LPI，以提高低温亚胺化程度并保持较高的尺寸稳定性。
02、创新亮点
（1）含异喹啉基团的功能单体设计
本文创新性地设计了含异喹啉基团的功能单体，并将其引入PI分子主链，获得了具有高热尺寸稳定性的LPI。异喹啉基团作为固化促进剂，有效降低了PI的固化温度。
（2）低温高亚胺化程度实现
与参考PI相比，含异喹啉基团的LPI在200 ℃下即可达到较高的亚胺化程度，甚至在某些掺杂比例下超过90%。这一成果显著优于传统PI材料。
（3）分子间氢键的形成
异喹啉基团不仅能有效催化亚胺化反应，还能与相邻聚合物链形成分子间氢键，提高了聚合物链的规整性和热尺寸稳定性。在50～200 ℃范围内，热膨胀系数（CTE）低至14.1×10-6/K～15.8×10-6/K。
（4）综合性能优化
通过调控异喹啉基团的掺杂比例，实现了对PI薄膜固化温度和亚胺化程度的灵活控制。同时，PI-IQ薄膜在热稳定性、机械性能和光学性能方面均表现出色，满足微电子领域对高性能材料的需求。
03、图文展示
图3 不同温度下固化的PI薄膜的FT-IR光谱：(a) 200 ℃；(b) 250 ℃；(c) 300 ℃；(d) 350 ℃；(e) 400 ℃; (f) ODA的FT-IR光谱
Fig3 FT-IR spectra of PI films cured at different temperature: (a) 200 ℃; (b) 250 ℃; (c) 300 ℃; (d) 350 ℃; (e) 400 ℃; (f) is the FT-IR spectra of ODA
图4 (a) 在不同温度下固化的PI的亚胺化程度；(b) 在200 ℃固化的PI薄膜的傅立叶变换红外光谱；(c) 异喹啉基PAA分子间氢键的形成示意图
Fig.4 (a) Imidization degree of PI cured at different temperature; (b) FT-IR spectra of PI films cured at 200 ℃; (c) Schematic illustrations for the formation of intermolecular hydrogen bonds in isoquinoline-based PAA
图5 (a) PAA溶液的XRD曲线；(b) PI薄膜200 ℃的XRD曲线；(c) PI薄膜400 ℃的XRD曲线；(d) 在不同温度下固化的PI的紫外-可见光透射率
Fig.5 (a) XRD patterns of PAA; (b) XRD patterns of PIs cured at 200 ℃; (c) XRD patterns of PI films cured at 400 ℃; (d) Transmittance of PI cured at different temperature
图6 不同固化温度下的PI薄膜的TMA曲线及50～200 ℃下的局部放大图：(a)200 ℃；(b)250 ℃；(c)300 ℃；(d)350 ℃；(e)400 ℃; (f)不同固化温度下PI薄膜的5%失重温度Td5%
Fig.6 Thermal mechanical analysis (TMA) curves of PIs cured at (a) 200 ℃; (b) 250 ℃; (c) 300 ℃; (d) 350 ℃; (e) 400 ℃; (f) Thermal decomposition temperature of PI films cured at different temperature
04、结论
本文成功开发出基于异喹啉二胺的低温固化型聚酰亚胺材料。该材料在200 ℃的低固化温度下即可达到较高的亚胺化程度，并通过形成分子间氢键显著提高了热尺寸稳定性。当异喹啉二胺掺杂比例为20%时，PI-IQ薄膜在50～200 ℃范围内的CTE值低至14.1×10-6/K～15.8×10-6/K，符合挠性覆铜板（FCCL）的要求。此外，PI-IQ薄膜还展现出优异的热稳定性、机械性能和光学性能。本研究为低温固化型PI和具有高尺寸稳定性的PI材料开发提供了有价值的指导。
引用本文
文章发表于《功能材料》2025年第56卷第10期，欢迎引用本文：
潘浩楠,杜啟源,袁慧波,等.含异喹啉基团的低温固化聚酰亚胺的制备与性能研究[J].功能材料. 2025,56(10):10009-10016.
PAN H N,DU Q Y,YUAN H B,et al.Preparation and properties study oflow-temperature curing polyimides containing isoquinoline moieties[J].Journal of functional materials,2025, 56(10):10009-10016.