[发明专利]一种可溶性氟化聚酰亚胺材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可溶性氟化聚酰亚胺材料及其制备方法，属于光电器件中聚合物材料的制备范畴。 

背景技术

随着光通信及全光网的迅速发展，基于光波导器件的光器件，如光分离器、光合波器、光开关、光调制器等也已经得到了基本的设计与发展。然而在所需的材料领域中却没有完全的胜者。以玻璃、LiNbO₃、III-V族半导体材料(GaAs或InP)、Si基为代表的无机波导由于其价格昂贵、加工工艺复杂等缺点使其在下一代光网络的应用中受到限制。聚合物材料则由于在特殊功能研究和薄膜制备工艺方法上取得了巨大的进步，已经在光通信领域获得了极其广泛的应用。究其原因由于聚合物具有以下优点：(1)可以通过简单的旋涂技术实现大面积、低成本的制备波导器件，同时制作工艺简单，并与传统的半导体工艺相容。(2)聚合物可旋涂在不同的基底材料，有利于与其他光电子器件的集成。(3)可以通过控制聚合物的浓度与旋涂速度，可得到厚度均匀的薄膜。(4)聚合物材料种类繁多，并且可以通过分子设计来合成具有预期效果的聚合物，如优良的溶解性、机械性能等。(5)使用聚合物制作波导的技术快捷简便，可以利用直接光刻、软光刻等成熟技术来实现。用聚合物制作光波导膜层始于二十世纪七十年代，目前，用于光波导的聚合物材料主要聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、环氧树脂等。然而大多数传统聚合物又因其热稳定性低，通讯波段处的吸收损耗大以及其工作波长与石英光纤的匹配性不佳，大大制约了其在光学器件上的应用。研究表明通过用F原子取代聚合物中的H原子不仅可以提高聚合物的热稳定性、降低其吸收损耗，还可以解决其工作波长不匹配的问题。因此氟化聚合物便开始进入科技工作者们的视野。其中氟化聚酰亚胺又因其不仅具备传统聚酰亚胺材料耐高温、耐腐蚀、机械性能优良等性质，还具有优异溶解性能、低介电常数、低吸水率、低热膨胀系数等特性而备受关注。特别是将CF₃基团引入聚酰亚胺分子链中后，聚合物分子的共平面性和传荷结构得到破坏，整个材料的颜色将变浅，透明性将增强。另外，它的折射率可由单体的配比精确调节，制作器件的几何参数易于控制，有利于各种波导器件的设计和制作。CN1569995公开了一种生产具有突出的耐热性、耐化学药品性、防水性、绝缘性、电性能和光学性能的含氟聚酰亚胺膜的方法和适用于该方法的旋转涂布机，CN1550801公开了具有高耐热性、高透明度、低损耗的聚酰亚胺光导材料，然而这些专利涉及的含氟聚酰亚胺材料的制备以两单体聚合物为主，很少涉及 三单体含氟聚酰亚胺的制备。三单体聚合可以有效调节聚合物的分子量和分子量分布，降低聚合物的规整结构，进一步有效调变含氟聚酰亚胺材料的溶解性能、成膜性能、耐热性能、折射率等，尤其可以提高材料的机械加工性能，进而制得综合性能更加优异的光波导用含氟聚酰亚胺材料。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可溶性氟化聚酰亚胺材料及其制备方法，该材料溶解性好、易加工、机械性能和成膜性能好，具有较高的耐热稳定性、低光学损耗、低吸湿率，材料进行光刻、刻蚀后可制成聚合物光波导。 

技术方案：本发明的可溶性氟化聚酰亚胺材料由三单体缩合共聚得到；其中，第一种为：由两个二酐单体与一个含醚键二胺单体进行缩合共聚而得，两个二酐单体的总摩尔数与一个含醚键二胺单体的摩尔数之比为1∶1，两个二酐单体的摩尔比为1∶1～1∶10； 

第二种为：由一个不含醚键二胺单体、一个不含醚键二胺单体、一个二酐单体进行缩合共聚而得，含醚键二胺单体和不含醚键二胺单体的总摩尔数与二酐单体的摩尔数之比为1∶1，含醚键二胺单体与不含醚键二胺单体的摩尔比为1∶1～1∶10，其结构通式为： 

其中，含醚键二胺单体为： 

中的一种； 

不含醚键二胺单体为： 

中的一种； 

二酐单体为： 

中的一种； 

m，n为聚合度，m为1～1000，n为1～1000。 

本发明的可溶性氟化聚酰亚胺材料的制备方法为：