2003_面上_低介电常数聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的制备与性能 (2).doc

国家自然科学基金申请书 学科代码： E0303 受理部门： 收件日期： 受理编号： 第 21 页 共 21 页 国家自然科学基金 申 请 书 您现在还不能填写文档或打印，请根据以下三个步骤操作： 1)如果您是Word2000或以上版本用户，请把Word宏的安全性设为:"中" 方法: Word菜单->工具->宏->安全性->安全级,设置为"中" (如果您是Word97用户，继续执行以下步骤) 2)关闭本文档，重新打开本文档 3)点击"启用宏"按钮，即可开始填写本文档或打印了 资助类别：面上项目 亚类说明：自由申请项目 附注说明： 项目名称：低介电常数聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的制备与性能 申 请 者：张爱清 电话：027-87523009 依托单位：中南民族大学 通讯地址：湖北省武汉市洪山区民院路5号 邮政编码：430074 单位电话：027-87532040 E-mail ：aiqingzhang_2000@ 申报日期： 2003年3月10日 国家自然科学基金委员会 基本信息 申 请 者 信 息 姓名 性别 男 出生 年月 1963年4 月 民族 汉族 学位 博士 职称 副教授 主要研究领域 功能高分子材料 电话 027-87523009 E-mail aiqingzhang_2000@ 传真 027-87532752 个人网页 工作单位 中南民族大学\化学与生命科学学院 在研项目批准号 依托单位信息 名称 代 码 43007407 联系人 邓行 E-mail kyk1@ 电话 027-87532040 网站地址 www.s_ 合作单位信息 单 位 名 称 代 码 项 目 基 本 信 息 项目名称 资助类别 面上项目 亚类说明 自由申请项目 附注说明 学科代码 E0303:功能高分子材料 B040307:高分子功能膜 基地类别 预计研究年限 2004年1月 — 2006年12月 研究属性 应用基础研究 总预算经费 申请经费 摘 要 项目研究内容和意义简介（限400字）： 采用含氟可溶性聚酰亚胺，通过氯甲基化反应引入氯甲基，然后采用原子转移自由基聚合(ATRP)的方法在聚酰亚胺主链上引入合适长度的脂肪族长碳侧链，得到微相分离的梳型共聚物，当温度处于聚酰亚胺的玻璃化温度之下而又在脂肪族长链的分解温度之上时，脂肪族长碳链发生热解,所产生的气体产物逸出基体，控制热分解速度小于低分子产物在聚酰亚胺中的扩散速度,形成纳米闭孔泡沫薄膜.通过对氯甲基化率和ATRP反应的控制,即控制合适的氯甲基密度和侧链的分子量,得到孔径大小适中, 孔洞分布均匀的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。这样的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜预期具有不大于2的低介电常数,可用于微电子器件中,减少信号之间的干扰和感应耦合，提高信号的传输速度，便于器件的小型化和密集化。 关 键 词(用分号分开，最多5个) 聚酰亚胺,原子转移自由基聚合,纳米泡沫薄膜,低介电常数 项目组主要成员 编号 姓 名 出生年月 性别 职 称 学 位 单位名称 电话 E-mail 项目分工 每年工作时间（月） 1 1963年4月 男 副教授 博士 中南民族大学 027-87523009 aiqingzhang_2000@ 项目负责人 10 2 1963年6月 女 副教授 博士 中南民族大学 027-87523009 lixiangdan6362@ 合成 8 3 1946年10月 男 教授 学士 中南民族大学 027-87523009 chendonghua@ 材料热分析 6 4 1974年8月 男 讲师 博士 中南民族大学 027-87523009 zhou.zq@ 材料合成与分析 6 5 1977年8月 男 硕士生 硕士 中南民族大学 027-87523009 chinny2046@ 合成 10 6 1976年9月 男 硕士生 硕士 中南民族大学 027-87523009 wjiawei_2002@ 合成 8 7 1976年3月 男 硕士生 硕士 中南民族大学 027-87523009 zhxyang888@ 合成 8 8 1978年12月 女 硕士生 硕士 中南民族大学 027-87523009 yangzhilan2008@ 材料分析 8 9 10 总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 8 3 1 0 0 0 4 说明: 1. 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报，总人数自动生成。 说明: 2. 第一人必须是申请者，信息从前面自动读入。 经费预算 (单位:万元) 科 目 预算金额 备注（计算依据与说明） 一．研究经费 18.7000 1．科研业务费 8.0000 （1）测试/计算/分析费 6.0000 结构表征，纳米泡沫薄膜形态与分布测定，薄膜电学，力学性能测试等 （2）能源/动力费 0.8000 电费，水费 （3）会议费/差旅费 0.8000 参加两次国内学术会议注册费及差祣费 （4）出版物/文献/信息传播事务费 0.4000 版面费，复印费，网络费 （5）其他 0.0000 2．实验材料费 8.2000 （1）原材料/试剂/药品购置费 6.5000 药品包括进口试剂如含氟二酐和二胺，ATRP引发体系的定购 （2）其他 1.7000 低值易耗品，如实验用溶剂 3．仪器设备费 1.0000 （1）购置 0.5000 添置一旋涂装置 （2）试制 0.5000 特殊玻璃仪器定制，如小型减压蒸馏装置等 4．实验室改装费 1.5000 建立小型无尘操作平台 5．协作费 0.0000 6．其他 0.0000 二．国际合作与交流费 3.5000 1．项目组成员出国合作交流 2.0000 参加一次国际学术会议(2005年SPIE年会) 2．境外专家来华合作交流 1.5000 邀请韩国全北大学高分子科学系李明勋教授来校合作交流 三．劳务费 2.3000 研究生科研补贴 四．管理费 1.0000 管理服务 五．其他 0.0000 经 费 总 预 算 25.5000 申 请 经 费 25.5000 其他经费来源（单位：万元） 自然科学基金其他项目资助经费 0.0000 国家其他计划资助经费 0.0000 其他经费资助（含部门匹配） 0.0000 合 计 0.0000 国家自然科学基金项目申请书 （一）立项依据与研究内容（4000-8000字）： 1、 项目的立项依据（附主要的参考文献目录）。 随着微电子器件的尺寸越来越小，集成度越来越高，对介电材料的性能要求也越来越高。现在使用的绝缘层的介电常数（ε）一般在3.2 ~ 4.0 之间。Bohr[1]等认为,当集成电路的特征尺寸减小至0.18μm或更小时,互连寄生的电阻、电容引起的延迟、串扰和功耗将成为发展高速、高密度、低功耗和多功能集成电路的瓶颈.寻找低介电常数的介电材料是解决该瓶颈的三项关键技术之一. 美国半导体工业协会1997年发布的《美国国家半导体技术发展目标》[2]报告认为,当集成电路的特征尺寸为0.18μm时需要ε为2.5 ~ 3.0的介电材料;0.15μm时需要ε为2.0 ~ 2.5; 0.13μm时则介电材料的ε需小于2.0.因此随着微电子器件小型化的发展,具有低介电常数的介电材料的研究受到各国的高度重视。这主要是为了减少信号间的干扰和感应耦合，提高信号的传输速度，便于器件的小型化和密集化。 目前研究得较多的低介电常数材料可分为无机薄膜与有机薄膜两类。无机薄膜中有掺氟氧化硅薄膜、掺氟无定型碳薄膜以及一些干凝胶与气凝胶薄膜等，有机薄膜中有聚酰亚胺薄膜、聚对二苯类薄膜、聚烯链薄膜等，这些研究中最有希望的路线有两个，一是无机薄膜中通过溶胶-凝胶工艺制备的纳米多孔二氧化硅（NPS）；另一个是通过热解制备纳米多孔聚合物材料。NPS是具有超低介电常数的电介质材料，其ε根据孔隙率的大小处于1.3 ~ 2.5之间，相应的孔隙率为90~50%,但其制备工艺复杂，而且由于NPS膜的孔表面处含有大量的Si-OH键，易吸潮并引起介电常数增加。有机薄膜介电材料中以聚酰亚胺最有前途，是唯一的能与NPS竞争的低介电材料[3]。 聚酰亚胺具有高的热稳定性、化学稳定性、优异的机械性能和良好的电学性能，在微电子工业中广泛用作介电材料。但是聚酰亚胺的分子链是极性链，介电常数一般在3.4左右，同时某些刚性链聚酰亚胺由于取向作用使其介电性能具有各向异性，难以满足微电子工业发展的需要。因而人们一直致力于发展使聚酰亚胺介电常数降低的方法。 降低聚酰亚胺介电常数的常用方法有：在聚合物中引入含氟基团；或引入脂肪链；或引入低介电常数的嵌段物等。后两种方法对介电常数的降低幅度有限，同时由于脂肪链段的内增塑作用，使聚酰亚胺的耐热性有所损失。引入含氟基团是降低介电常数的有效方法，但成本较高，同时由于氟的引入，使聚酰亚胺的附着力急剧降低也影响其使用性能[4]. 基于空气的介电常数最低（等于1），将它引入到聚合物中，根据Maxwell-Garnett公式，聚合物的介电常数会明显降低[5]。但是一般的聚合物泡沫材料的孔径太大，分布不均匀，孔洞之间容易连接，无法用于微电子工业。IBM公司的Hedrick等人开发了一种称为微分离相热解发泡的新方法[6],通过合成微相分离的聚酰亚胺-脂肪链共聚物，经热解获得了纳米泡沫低介电常数的聚酰亚胺. 但是他们的方法有很大的局限性,例如,他们是首先合成带有长脂肪链的二胺或单胺单体，再与不同的二酐单体缩聚合成了一系列带长脂肪側链或以长脂肪链封端的聚酰亚胺，在这样的聚酰亚胺中具有微分离相的长脂肪側链或长脂肪端链的密度很难提高, 热解后所得的纳米泡沫含量低,不能充分发挥空气低介电常数的优点,如用均苯四酸酐(PMDA)和一种含氟二胺3FDA 合成的聚酰亚胺用带有聚环氧丙烷(PPO)大分子的单胺封端的嵌段共聚物经在空气中250℃下热处理,其孔洞直径很小,约在6-10 nm, 其介电常数由2.7降为2.3(孔隙率为19%) [7,8]. 而且Hedrick采用的是大分子单体，合成步骤多而复杂,聚合反应组分的计量不易控制，直接影响聚酰亚胺的分子量,实验的重复性较差。同时由于大分子单体的分子量难以做得足够大,使得聚酰亚胺纳米泡沫的孔隙率难以提高,介电常数的降低幅度有限.要继续降低聚酰亚胺的介电常数就要求增加空气在聚酰亚胺本体中的分数，这包括适当增加泡沫的孔洞直径和提高聚酰亚胺本体中孔洞密度，而这一点用Hedrick方法是难以实现的。 本课题组已在前期开展了聚酰亚胺氯甲基化的工作[9]，掌握了在聚酰亚胺主链上控制氯甲基化的技术，拟通过氯甲基的反应引入合适长度的脂肪族侧链，这样脂肪族侧链的密度就可以通过氯甲基化的密度来控制，而生成脂肪族侧链的长度则采用原子转移自由基聚合方法（ATRP）来控制[10]. ATRP须以一个有机卤化物为模板(引发剂),通过一个低氧化态的电荷转移金属络合物共为引发体系,从卤化物中夺取卤原子后生成一个活性自由基物种, 再引发烯烃单体聚合(促活反应), 该方法是一种活性自由基聚合新技术,可制备分子量大小可控窄分布的聚合物[11-13].我们制备的氯甲基化的聚酰亚胺为实现ATRP反应提供了很好的模板,这样便可提供一种接枝密度大，并使生成的脂肪族侧链密度可控，长度可调节的分子量分布窄的新型聚酰亚胺梳型共聚合物，经热解则可获得泡沫孔径和密度可控的使介电常数更低的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。 本申请将直接采用介电常数较低的含氟可溶性聚酰亚胺为起始物，通过氯甲基化反应在聚酰亚胺主链引入氯甲基，然后通过ATRP制备指定结构的规整聚合物侧链，得到微相分离的梳型共聚合物，再经过热解，得到聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。将上述两方面结合起来很容易控制聚酰亚胺的微相分离区域的大小,也就是能够很好的控制热解聚酰亚胺的泡沫孔径与分布.这样的设计国内外还未见报道。将为聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的制备提供一种新方法,所得低介电常数的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜可望用于微电子器件中作为层间及线间介质.我们查阅了近五年国家基金委有关的资助情况，没有发现与本申请相同的立项。 参考文献 1.M.Bohr, ULSI,IEEE IEDM Tech.Did.,pp241-244(1995) 2.The National Technology Roadmap for Semiconductiona,Semiconductor Industry Association, San Joes,CA,1997 3. 阮刚，肖夏，朱兆旻，电子学报，Vol.28,No.11,pp84-87(2001) 4. J.L.Hedrick, Progress in Polyimide Chemistry II pp2-43(1999). 5. W.Theib, Surface Science Reports 29,pp191-192(1997) 6. W.Volksen et.al.Mater.Res.Soc.Symp.Proc.227,23-25(1991). 7. K.R.Carter et.al. Mat.Res.Soc.Symp.Proc. Vol.381,pp79-91(1995). 8. Aiqing Zhang et al. J of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry,Vol.41,No.1, pp22-29,(2003). 10. Wang J S,Matyjaszewski K, J Am Chem Soc, 117(20)pp5614-5615(1995) 11. V.Coessens, T.Pintauer,K.Matyjaszewski,Progress in Polymer Science ,Volume: 26, Issue: 3, April, 2001, pp. 337-377. 12. Liu Feng et.al. Chemcal Research in Chinese Universities, Vol.16(1),72-77(2000). 13.Mingfu Zhang et al. Polymer, Vol.44,pp1449-1458(2003).. J.L.Hedrick et.al. Macromolecules 29,3642-3646(1996). 9 2、 项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题。 研究内容: 1． 制备分子量大小适中的可溶性含氟聚酰亚胺,经表征后进行氯甲基化反应,控制反应条件制备不同氯甲基化密度的聚酰亚胺,并进行进一步表征。 2． 不同氯甲基化聚酰亚胺的ATRP反应研究,包括引发剂体系的设计和制备; ATRP反应条件的优化; 引入不同类型脂肪族侧链烯烃的选择与比较,将分别采用甲基丙烯酸甲酯、甲基苯乙烯、醋酸乙烯酯为单体,制备具有不同碳链长度的侧链聚酰亚胺并进行分子量测定及表征。 3． 具有热不稳定长侧链聚酰亚胺的微相分离研究,包括研究微相分离的各种条件,如微相分离与引入脂肪长链长度或密度的关系；微相分离的尺寸大小,形状与不同类型脂肪族侧链的关系；微相分离的控制等。 4． 热解制备聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的研究, 包括带有不同长侧链的聚酰亚胺侧链热分解温度的确定及分解产物的分析; 热不稳定侧链的热分解过程和动力学的研究;长侧链热解留下的空洞尺寸,形貌与微相分离尺寸的关系；空洞形貌的表征；孔隙率的测定；总结上述关系,获得制备聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的方法。 5． 聚酰亚胺纳米泡沫薄膜介电性能研究, 包括聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的介电常数、介电损耗等的测定, 归纳介电性能与孔隙率的关系；聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的机械性能、热性能的测定,如力学强度、导热率等,及其与孔径大小的关系。 研究目标: 建立一种与Hedrick完全不同的制备聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的新方法，通过氯甲基化反应和原子转移自由基聚合来控制聚酰亚胺微相分离区域的大小, 经热解制得孔径大小适中、孔洞分布均匀的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜, 使其介电常数 ≦ 2.0。 拟解决的关键问题: (1) 通过ATRP技术在氯甲基化聚酰亚胺主链上制备一系列接枝度和侧链长度可控的微相分离聚酰亚胺的条件,包括催化剂体系的选择和设计是关键问题之一,它是获得具有孔洞分布均匀的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的核心; (2) 建立聚酰亚胺介电常数与孔径及孔隙率的关系也是一个关键问题, 它是了解用这种方法如何获得低介电常数的理论依据。 3、 拟采取的研究方案及可行性分析。 以氯甲基化聚酰亚胺为卤化物模板的原子转移自由基聚合反应的实施, 包括催化剂体系的选择和设计,通过对不同烯烃单体的引发聚合得到微相分离聚酰亚胺的比较,获得孔径大小适中, 孔洞分布均匀的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜, 采用的具体研究方案如下: (1). 氯甲基化聚酰亚胺的合成: 选择合适的含氟二酐和二胺经缩聚反应制备可溶性的含氟聚酰亚胺，控制玻璃化温度在350-380℃,以保证在发生热解制备纳米泡沫薄膜时纳米孔隙不发生塌陷.对产物组成及分子量分别经元素分析和GPC色谱表征。 通过氯甲基化反应制备一系列不同氯甲基密度的聚酰亚胺。 (2) 以氯甲基化聚酰亚胺为卤化物模板的ATRP反应: 采用低氧化态的氯化亚铜与2,2’-联吡啶作催化剂, 与氯甲基化聚酰亚胺组成进行ATRP反应的引发体系, 分别引发甲基丙烯酸甲酯、甲基苯乙烯和醋酸乙烯酯为单体的侧链组份,制备出具有不同碳链长度的梳型聚酰亚胺并优化ATRP反应条件。 (3) 梳型聚酰亚胺组成及微相分离的表征: 上述产物经氧化铝柱可有效除去反应后的催化剂得到目标产物。采用元素分析确定梳型聚酰亚胺的组成,通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜(AFM)对具有长脂肪链的聚酰亚胺的微相分离进行表征，确定微相分离与所引入的长脂肪链的关系，找到微相分离尺寸和形貌的控制方法,指导ATRP反应的优化。 (3) 微相分离梳型聚酰亚胺的热解制备纳米泡沫薄膜: 依据所引入的长碳链的单体不同, 分别控制不同热解温度(上述三种单体的聚合物分解半衰期温度分别为238、287、269℃) ,将制成1~3mm薄膜的目标产物在高温反应炉中在空气中热解制备成纳米泡沫薄膜，控制热分解速度小于低分子产物在聚酰亚胺中的扩散速度,这样有利于形成纳米闭孔泡沫薄膜.收集热解炉中逸出的挥发性成分,以确定热解的完善程度, 并采用IR 、SEM、TEM、AFM及小角X射线衍射(SAXS)等方法表征聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的结构，研究聚酰亚胺的组成与泡沫结构的关系, 优化热解条件等。 (4) 聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的性能研究: 电学性能测试：介电常数、介电损耗等 力学性能测试：抗张强度、硬度等 在分析结构与性能的关系后，再调整聚合物的组成与结构和性能参数，从而得到性能最佳的聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。 可行性分析 (1) 关于聚酰亚胺的氯甲基化: 申请人在韩国全北大学做博士后期间已经掌握了聚酰亚胺氯甲基化的技术，回国后继续在聚酰亚胺低介电常数化方面开展工作,有关论文已发表在J of Polymer Science(2003) (见参考文献9) 。本申请中的聚酰亚胺氯甲基化是要达到不同的氯甲基化度,以调节其后通过ATRP反应控制引入側链的密度,进而控制生成纳米泡沫的密度, 这可以通过反应条件的调控,方便地控制氯甲基化率,这方面的工作正在本研究室进行,并取得初步肯定结果。 (2) 关于氯甲基化聚酰亚胺的ATRP反应: 原子转移自由基聚合是中国旅美学者王锦山1995年发明的一种活性自由基聚合新方法，采用这种方法可以制备侧链均一的梳型聚合物。应用ATRP反应成功地制备出指定结构和分子量的聚合物国际上已有多篇报道(参考文献11-13) 。本项目中使用的氯甲基化聚酰亚胺恰为实现ATRP反应提供了卤化物模板, 我们选择其与卤化亚铜/2,2’-联吡啶组成引发体系, 完全满足实现ATRP反应引发烯烃单体聚合形成梳型聚合物的条件,通过反应条件的优化制备具有不同长度侧链的梳型聚酰亚胺应是可行的。 (3) 关于梳型聚酰亚胺的热解制备纳米泡沫薄膜: 通过上述（1）与（2）可获得接枝度可控的梳型聚酰亚胺薄膜，根据所引入的不同侧链经热解反应，控制温度在引入的侧链的分解温度之上和聚酰亚胺本体的玻璃化温度之下，使具有纳米尺度的长碳侧链发生分解,所产生的气体产物逸出基体，留下纳米空洞形成聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。在这一过程中须精确控制热解温度，使长碳侧链必须发生完全分解，以保证按ATRP反应在引入长碳侧链的末端的氯原子有效断裂逸出，这可以通过分析挥发性逸出物判别，以确保生成的纳米泡沫薄膜中不含氯原子，保证材料的电性能优良。纳米泡沫的密度和孔径可分别通过 (1) 中聚酰亚胺氯甲基化度和(2)中ATRP控制侧链的分子量来实现,从而实现调控纳米泡沫的密度和孔径, 获得高孔隙率和低介电的聚酰亚胺。 综上所述,本项目在原理和技术上是可行的，我们已开始的前期工作也提供了光明的前景。 4、 本项目的特色与创新之处。 (1)可通过氯甲化反应的控制来调节聚酰亚胺上的氯甲基密度, 从而可以调节 其后通过ATRP反应控制引入側链的密度,进而控制生成纳米泡沫的密度, 获得高泡沫密度和低介电常数的聚酰亚胺薄膜; (2)首次以氯甲基化聚酰亚胺为发生ATRP反应的卤化物模板,引发不同烯烃 单体,通过生成侧链分子量的大小来控制和调节泡沫孔径的大小, 建立聚 酰亚胺介电常数与孔径及孔隙率的关系, 为获得低介电常数的理论提供实 验参数。 本项目将上述两者结合,就很容易控制聚酰亚胺的微相分离区域的大小,也就能够很 好的控制热解聚酰亚胺的泡沫孔径与分布.最大限度地发挥空气介质低介电常数的特 性。这样的设计国内外还未见报道。将为获得低介电常数聚酰亚胺提供一种新的方法。 5、 年度研究计划及预期研究结果。 本计划预期三年内完成, 年度计划如下: 2004.1~2004.12 制备可溶性的含氟聚酰亚胺, 通过氯甲基化制备一系列不同氯甲基密度的聚酰亚胺，聚合物的表征；进行氯甲基化聚酰亚胺的ATRP反应，所得聚合物的表征及ATRP反应条件的优化；总结实验结果，撰写1~2篇论文； 2005.1~2005.12 控制不同热解温度制备聚酰亚胺纳米泡沫薄膜，分析热解产物，表征聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的结构，研究聚酰亚胺的组成与泡沫结构的关系, 优化热解条件等，总结实验结果，撰写1~2篇论文； 2006.1~2006.12 确定微相分离与所引入的长脂肪链的关系，找到微相分离尺寸和形貌的控制方法。在分析结构与性能的关系后，再调整聚合物的组成与结构和性能参数，最终获得低介电常数聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。总结实验结果，撰写2~4篇论文。 预期研究结果： 本研究结果以总结实验规律为重点，发表科学论文为主，期间发表有创新的论文4篇以上（SCI收录），并申请有关制备聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的专利3篇，包括氯甲基化聚酰亚胺的制备，通过ATRP反应制备梳型聚酰亚胺及低介电常数（e £ 2）聚酰亚胺纳米泡沫薄膜的制备技术。 （二）研究基础与工作条件 1、 工作基础 自1998年以来本课题组瞄准国际上迅猛发展的聚合物光电子材料的发展前沿，在国家、省、市和学校的大力支持下，组建了“光电子聚合物材料研究室”，其研究方向为新型聚合物光电子材料的制备，性能及应用，并与华中科技大学“光子集成器件研究室”建立了紧密的协作关系。有关光电子聚合物材料研究的工作受到国家科技部(863光电子主题)、湖北省自然科学基金、教育部和学校的高度重视，并资助开展了“高分子方向耦合器”（863-307-16-14, 1999.1-2000.12）、“三阶非线性聚合物激光防护材料(2000.1-2001.12)”等项目的研究, 合成出具有高热稳定性、低光学损耗的折射率可调的聚合物集成光子材料, 研究出了2´2高分子方向耦合器，最佳耦合效率达97.8%，掌握了聚合物光波导制作工艺.申请人于2000.5-2001.4在韩国国立全北大学（Chonbuk National University）做博士后，从事的课题是低介电损耗聚酰亚胺光学材料的制备与性能研究。对聚酰亚胺的合成与改性积累了比较丰富的经验，对与该项目有关的文献资料进行了收集和分析，回国后继续从事聚酰亚胺相关材料的研究，如在聚酰亚胺主链上通过氯甲基化基引入光敏感性基团，制得了光敏性的聚酰亚胺，可用于光波导器件的制作，简化波导制作工艺。申请人已进行了本申请内容的前期探索性实验，已完成含氟聚酰亚胺氯甲基化的实验工作(见申请人近期发表论文1)，为本申请的工作提供了条件。 工作条件 申请人所在单位具有良好的有机合成实验和结构表征条件，已有一系列的光谱测试仪器，诸如，傅立叶变换红外光谱仪（FTIR），核磁共振谱仪（NMR），紫外-可见-近红外（190-1100nm）分光光度计（UV-Vis）,荧光光谱仪,色谱-质谱联用仪（GC-MS），高效液相色谱仪(HPLC),热分析仪（DSC）等大型分析仪器.本校物理系具有透射电子显微镜（TEM），X-ray衍射仪,介电常数测定仪等仪器,均可有偿使用.尚缺少的仪器,如,原子力显微镜等可通过我校特聘兼职教授中科院化学所王夺元研究员所在的中科院光化学开放实验室的条件来实现。 2、 申请人简历 申请人，张爱清，1983年毕业于华中工学院，1987-1990在华中理工大学化学系获得硕士学位，1994-1998年在华中理工大学光学系获得电子学与光电子学博士学位。博士论文题目: “萘系共轭聚合物的合成及光电性能”, 导师黄德修教授. 在攻博期间,完成了聚萘乙炔电致发光器件的制备及性能的系统研究。博士毕业后应聘到中南民族学院化学系工作。主讲高分子化学与功能高分子材料。期间除教学任务外,主持了一项湖北省教委批准的项目“聚铝铁-正离子复合絮凝剂的合成与絮凝机理”、一项教育部访问学者基金项目“三阶非线性聚合物激光防护材料的研究”、一项湖北省自然科学基金重点项目“含磷和全氟查尔酮的光敏聚酰亚胺的合成与性能”；作为主要参加者参与了两项863计划项目“高分子方向耦合器”（863-307-16-14）和“聚合物8×8高速热光开关集成芯片”，负责高分子材料的制备及性能研究,中期评估获得好评。1999年组建了“光电子聚合物材料研究室”，研究方向为新型聚合物光电子材料的制备，性能及应用.同年晋升为副教授。2000.5-2001.4在韩国国立全北大学（Chonbuk National University）做博士后，从事的课题是低介电损耗聚酰亚胺光学材料的制备和性能研究。回国后继续从事聚酰亚胺相关材料的研究，完成了在聚酰亚胺主链上通过氯甲基化引入光敏感性基团，制得了光敏性的聚酰亚胺,用于光波导器件的制备。在本工作中承担分子设计及性能测试,工作总结,文章撰写等. 近期发表的与本申请有关的论文： 1． Aiqing zhang et al. Facile Modifications of a Polyimide via Chloromethylation. I. Novel Synthesis of a New Photosensitive polyimide J. of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry Vol.41,No.1,2003,pp22-29 2． Aiqing zhang et al. Synthesis of polyimide containing chalcone moity ”韩国成像学会（Korea Society for Imaging and Technology） 2000年秋季年会报告集，pp100, Nov.,2000,韩国大邱 3． Aiqing zhang et al. A Facile Modification Method of Polyimide”韩国 “高分子学报”Vol.26,No.1 pp147,(2001) （韩国高分子学会2001年春季年会，13-14，April, 韩国汉城，汉阳大学） 4． Aiqing zhang et al. A New Route to Synthesis Photosensitive Polyimide J. of Imaging Technology, Vol.7,No.1,2001,pp88-94 5． Aiqing zhang et al. Electroluminescence Properties of Poly(naphthalenevinylene) and its Derivatives, The 4th Conference of Korea Society for Imaging Science and Technology,2000,11,pp101 6． Aiqing zhang et al .Synthesis and Characterization of Polyimide Containing Chalcone in the Main Chain, as above,pp100 7． 张爱清等，共轭链段与非共轭链段交替的共聚物的光致发光与电致发光。中南民族学院学报（自科版）2002，No.2，1-4 8． 张爱清等，共轭链段与非共轭链段交替的共聚物合成 中南民族学院学报（自科版）2002，No.1，1-4 9． 张爱清等，聚萘乙炔的光致发光与电致发光， 高分子材料科学与工程，1999，15（5）157 10． 张爱清等，聚单乙氧基萘乙炔（PEONV）的电致发光特性，功能材料，1998，296） 11． 张爱清等，烷氧基取代对聚萘乙炔电导率的影响， 功能材料，1998，29（6）632 本项目主要参加人员简历 李香丹, 女，1963年6月生。朝鲜族。1986年毕业于东北师范大学化学系，获学士学位，1986-1990年在吉林农业大学工作，1990-1993年在吉林农业大学获硕士学位，1993-1998年在吉林农业大学工作，讲师。1998-2000年在韩国国立全北大学高分子科学系获得理学硕士学位，2000-2003年在全北大学获得理学博士学位。博士论文题目:Synthesis and Characterization of Low Loss Photosensitive Polymer for Passive Waveguide. 导师Lee Myong-Hoon教授。2003起在中南民族大学任教，副教授。在全北大学五年里从事聚酰亚胺光电子材料研究，合成出感光性聚酰亚胺，低光学损耗聚酰亚胺等新型功能材料。在本工作中承担合成与结构表征. 近期发表的相关论文： 1. “Facile fabrication of polymer waveguide by using photosensitive polyimides”, Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology, Vol. 377, 7-12(2002).(SCI) 2. “Low-Loss and Thermally Stable TE-Mode Selective Polymer Waveguide Photosensitive Fluorinated Polyimide”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 14, 1297-1299(2002)(SCI). 3. “Preparation of Photochromic Cellulose Derivatives Containing Spirobenzopyran”, Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology, Vol. 350, 51-54(2000).(SCI) 4. “Photochromic and thermal Properties of Poly(vinyl alcohol)/H6W18O62 hydrid membranes”, Materials Chemistry and Physics 79, 87-93(2003). 5. “Synthesis of high-silica-content mordenite with different SiO2/Al2O3 ratios by using benzene-1,2-diol as additives”, Materials Letters 56, 24-29(2002)(SCI). 陈栋华, 教授，男，出生于1946年10月，1970年7月毕业于武汉大学化学系物理化学专业获学士学位。1997年晋升为教授，1999年被授予湖北省有突出贡献的中青年专家，2001被评为中南民族大学学科带头人。先后在国内外刊物发表论文58篇.在本工作中承担热分析工作. 近期发表的相关论文： 1． 陈栋华等，微悬浮法氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚树酯的热降解反应动力学研究(化学研究与应用 2000.1) 2． Chen Donghua et al. Studies on Thermal Stability and Noniso-thmal Thermal Decomposion Kinetics..英文(高聚物科学杂志 2000.5) 3． 陈栋华等，热分析动力学参数的统计分析 （中南民大学报(自科版)2002.2） 4． 陈栋华等，一种新的非等