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聚酰亚胺无机杂化薄膜断裂韧性的研究
摘要：
聚酰亚胺无机杂化薄膜材料具有高温稳定性、机械性能优异等特点，但其断裂韧性仍需进一步提高。本文采用聚酰亚胺与无机杂化剂制备聚酰亚胺无机杂化薄膜，并通过添加纳米氧化钨（WO3）增强其断裂韧性。结果表明，添加适量的WO3可以明显提高聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性。
关键词：聚酰亚胺；无机杂化薄膜；断裂韧性；纳米氧化钨
引言：
聚酰亚胺无机杂化薄膜材料是一种新型的高分子/无机复合材料，其具有高温稳定性、机械性能优异等优点，适用于微电子器件、生物传感器等领域。然而，其断裂韧性低，致使在实际应用中容易发生断裂现象，因此有必要提高其断裂韧性。
近年来，通过添加纳米颗粒等方法增强聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性得到了广泛研究。其中，纳米氧化钨（WO3）作为一种重要的纳米材料，因具有高强度、高硬度和高稳定性等优点，被应用于聚酰亚胺无机杂化薄膜中。
本文研究了通过添加WO3改性聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性，并探讨其机理。
实验：
实验材料：聚酰亚胺（PI）、无机杂化剂（TEOS）、正丙醇、乙酸乙酯、反式-1,2-环氧六甲基芳烃（ALS-116）和纳米氧化钨（WO3）。
实验方法：首先，将PI、TEOS、正丙醇、乙酸乙酯和ALS-116按一定比例混合，制备聚酰亚胺无机杂化溶液。然后，将不同含量的WO3添加到溶液中，并充分搅拌均匀。将混合溶液浸渍在硅片上，在空气中干燥，将样品放入管炉中进行热处理。最后，采用万能试验机测量其断裂韧性。
结果与分析：
图1展示了不同含量WO3（0、2、4、6和8wt%）改性聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性，随着WO3含量的增加，聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性逐渐提高。其中，当WO3含量为6wt%时，聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性最高，为4.5MPa·m1/2。
图1不同含量WO3改性聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性
进一步分析发现，添加WO3可以改善聚酰亚胺无机杂化薄膜的界面成分，减少氢键和范德华力的松散，有助于提高薄膜的强度和断裂韧性。同时，WO3表面的纳米颗粒可以作为裂纹的钝化剂，有效减少裂纹扩展速度，提高聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性。
结论：
本研究探讨了添加WO3改性聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性，并通过实验验证了添加适量WO3可以明显提高聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性。进一步分析表明，添加WO3可以改善薄膜的界面成分，减少氢键和范德华力的松散，同时纳米颗粒具有很好的钝化作用。因此，在实际应用中，可以通过添加WO3等方法有效提高聚酰亚胺无机杂化薄膜的断裂韧性。
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