本發(fā)明屬于薄膜材料，涉及一種zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、介質(zhì)材料是電子設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分，介質(zhì)材料的性能對信號傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性起著決定性作用；特別是在高頻信號傳輸應(yīng)用中，材料的介電常數(shù)(k值)成為了一個(gè)至關(guān)重要的性能參數(shù)。

2、目前，聚合物介質(zhì)材料因其良好的加工性能和機(jī)械柔韌性而被廣泛使用，聚芳醚腈(pen)作為一種高性能聚合物，以其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度在電子絕緣材料中占有一席之地，但是，pen的介電常數(shù)相對較高，從而限制了信號傳輸速度，導(dǎo)致能量損耗增加，無法滿足高頻電子應(yīng)用的需求。因此，為了降低pen的介電常數(shù)，研究人員對pen進(jìn)行深處理，通常采用處理方法是化學(xué)改性和物理填充。對于化學(xué)改性：是通過改變pen分子鏈的結(jié)構(gòu)來降低其介電常數(shù)，但這種方法可能會增加材料的制備成本，并帶來加工過程的復(fù)雜性。對于物理填充：則是將低介電常數(shù)的填料分散在pen基體中形成復(fù)合材料，以期望通過填料的特性來改善材料的介電性能，例如將金屬有機(jī)框架(mofs)材料作為填料，特別是沸石咪唑骨架-8(zif-8)分散在pen基體中，由于zif-8具有低介電常數(shù)和高比表面積，然而，直接將zif-8作為填料摻雜到聚合物基體中時(shí)，會存在分散均勻性不足和界面相容性欠佳的技術(shù)難題，分散性差會引起填料在基體中的聚集，而界面相容性不良則可能導(dǎo)致填料與聚合物基體之間的粘結(jié)力減弱，最終影響材料的力學(xué)強(qiáng)度和耐久性；最終導(dǎo)致復(fù)合材料的整體機(jī)械性能降低，柔韌性差，尤其是在需要承受機(jī)械應(yīng)力的應(yīng)用環(huán)境中，如柔性電子和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域。

3、通過以上公開的內(nèi)容可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中降低pen介電常數(shù)的方式還存在復(fù)合材料機(jī)械性能差、柔韌性差以及成本高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有降低pen的介電常數(shù)的方法存在復(fù)合材料機(jī)械性能差、柔韌性差以及成本高的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明采用聚乙烯吡咯烷酮對zif-8進(jìn)行修飾，再與聚芳醚腈和三嵌段共聚物混合后，通過相轉(zhuǎn)化技術(shù)制備出zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜，具備低介電常數(shù)，優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，成本低，能夠用于高頻電子設(shè)備中。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

4、一種zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜的制備方法，包括以下步驟：

5、s1、制備pvp?k30/zif-8

6、取zn(no3)2·6h2o、聚乙烯吡咯烷酮、2-甲基咪唑和極性溶劑，通過分步混合法得到粉末狀的pvp?k30/zif-8；所述zn(no3)2·6h2o、聚乙烯吡咯烷酮、2-甲基咪唑和極性溶劑的質(zhì)量體積比為(2～3)g：1g：(3～6)g：200ml；

7、s2、混合溶液制備

8、將步驟s1的pvp?k30/zif-8分散至n-甲基吡咯烷酮中，超聲處理后，再依次加入聚芳醚腈和三嵌段共聚物非離子表面活性劑，經(jīng)過加熱攪拌和常溫?cái)嚢?，得到混合溶液；所述pvp?k30/zif-8、pen和三嵌段共聚物非離子表面活性劑的質(zhì)量比為(10～20)：100：10；

9、s3、zif-8/pen復(fù)合蜂窩薄膜膜的制備

10、步驟s2得到的混合溶液澆筑至玻璃板上，刮制出厚度為250μm的均勻液膜，放置于凝固浴中形成固體膜，靜置、干燥后得到zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜。

11、進(jìn)一步限定，所述步驟s1中，分步混合法具體是：

12、s1.1、將zn(no3)2·6h2o和聚乙烯吡咯烷酮溶于極性溶劑中，得到溶液a；溶液a中，zn(no3)2·6h2o和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為(4～6)：1；

13、s1.2、將2-甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮溶于極性溶劑中，得到溶液b；溶液b中，2-甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為(6～12)：1；

14、s1.3、將溶液a和溶液b混合后，攪拌、靜置得到zif-8晶體；再經(jīng)過清洗、烘干得到粉末狀的pvp?k30/zif-8；

15、進(jìn)一步限定，所述步驟s1.3中，攪拌時(shí)間為1h～2h，靜置12h～36h，清洗3次～5次，烘干的溫度為20℃～40℃，烘干的時(shí)間為4h～8h。

16、進(jìn)一步限定，所述極性溶劑為甲醇、水和n,n-二甲基甲酰胺中的任意一種；所述三嵌段共聚物非離子表面活性劑為三嵌段共聚物pluronic?f-98、三嵌段共聚物pluronic?f-108和三嵌段共聚物pluronic?f-127中的任意一種；所述凝固浴為乙醇溶液，乙醇溶液中乙醇的體積分?jǐn)?shù)為20％～100％。

17、進(jìn)一步限定，所述步驟s2中，超聲的時(shí)間為1h～2h，加熱攪拌的速度和常溫?cái)嚢璧乃俣染鶠?00r/min～300r/min，攪拌的溫度為30～80℃，加熱攪拌的時(shí)間為1h～2h，常溫?cái)嚢璧臅r(shí)間為30min～60min。

18、進(jìn)一步限定，所述步驟s3中，靜置的時(shí)間為12h～36h，干燥的溫度為20℃～40℃，干燥的時(shí)間為6h～8h。

19、利用所述的zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜的制備方法所制備的zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜。

20、進(jìn)一步限定，所述zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜為蜂窩狀結(jié)構(gòu)或指狀孔結(jié)構(gòu)，孔大小為4.9μm～6.2μm，厚度為0.25±0.05mm。

21、進(jìn)一步限定，所述zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜，介電常數(shù)最低為1.39，拉伸強(qiáng)度最高為10mpa，斷裂伸長率最高為108.3％。

22、如所述的zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜在柔性超低介電材料方面的應(yīng)用。

23、本發(fā)明的有益效果是：

24、1、本發(fā)明通過相轉(zhuǎn)化技術(shù)，采用聚乙烯吡咯烷酮(pvp?k30)對zif-8進(jìn)行修飾，再與聚芳醚腈(pen)和三嵌段共聚物混合后，制備出具有豐富微孔結(jié)構(gòu)的zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜，易于操作，成本低；具有較低的介電常數(shù)，滿足高頻電子設(shè)備的應(yīng)用需求；還具備卓越的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，在高性能電子絕緣材料領(lǐng)域展示出重大的應(yīng)用潛力。

25、2、本發(fā)明制備的zif-8/pen復(fù)合蜂窩孔薄膜，具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，不僅有效降低了材料的整體密度，而且促進(jìn)了zif-8在聚芳醚腈骨架中的均勻分散，使得復(fù)合薄膜的介電常數(shù)(k值)得到顯著降低，同時(shí)保持了優(yōu)異的力學(xué)性能。

26、3、本發(fā)明的zif-8/pen復(fù)合薄膜具有形貌可調(diào)的微孔結(jié)構(gòu)，其孔隙特征隨著凝固浴中乙醇比例的增加而發(fā)生顯著變化，微孔形貌由蜂窩孔演變?yōu)樨Q直的指狀孔結(jié)構(gòu)，尺寸從1.6μm增大至5.8μm。

27、4、本發(fā)明通過調(diào)整zif-8的用量，使得zif-8/pen復(fù)合薄膜的介電常數(shù)顯著降低，從1.69降至1.39，同時(shí)保持了超過108％的斷裂伸長率和卓越的柔韌性，允許材料在反復(fù)折疊下不破裂。這些特性滿足了低介電常數(shù)材料的嚴(yán)格要求，并為下一代柔性聚芳醚腈材料的開發(fā)提供了顯著優(yōu)勢。

28、5、本發(fā)明的制備方法簡便易行，易于操作，并且具有廣泛的適用性，適用于不同高分子基體與填料的混合，展現(xiàn)出良好的工業(yè)化生產(chǎn)潛力。