本研究是藉由三種單體﹝4,4′-Oxydianiline （ODA）、3,3''-Dihydroxy -4,4''- diamino-biphenyl （HAB）及 Pyromellitic dianhydride （PMDA）﹞製備成聚醯亞胺酸( Polyamic -acid , PAA )預聚物，其中HAB具有-OH官能基，再進一步加入偶合劑3-isocyanat- opropyl)triethoxysilane（IPS）時，會與IP先進行鍵結，之後再添加具有高熱傳導性的無機物氮化鋁與氮化硼，並於加熱脫水之熱醯亞胺環化反應後，製備成聚醯亞胺/無機複合材料，並研究分析此複合材料的型態學、機械性質和熱傳導性質。從研究結果發現，經此合成方法製得的聚醯亞胺/氮化鋁與氮化硼複合材料，比用一般傳統合成方法製備之複合材料，具有更好的相容性。而且當加入氮化鋁與氮化硼後，高分子材料的熱性質也穩定提昇。但其機械性質會隨著無機材料含量的增加，抗張強度、斷裂伸長率是降低的。 在熱傳導性試驗中，只添加了氮化硼10phr時，熱傳導率就比純的的聚醯亞胺提高了3倍，而再AlN系統時，需添加至70phr才能達到相同效果。從掃描式電子顯微（SEM）觀察複合材料表面形態，聚醯亞胺/氮化硼複合材料擁有許多的傳導網絡結構，因而能有效的大幅的提昇熱傳導性。

In this study polyamic acid prepolymer is prepared through three monomers ﹝4,4′-Oxydianiline （ODA）、3,3''-Dihydroxy -4,4''- diamino-biphenyl （HAB）、Pyromellitic dianhydride （PMDA）﹞,than adding the coupling agent (3-isocyanat- opropyl)triethoxysilane,IPS).And the hydroxy group on the HAB will further react with the IPS.Subsequently, the high thermal conductive inorganic matters (aluminum nitride and boron)were added into the polymer matrix, and the thermal imidization was then proceed by dehydration via heating process.Through these procedures, the polyimide/inorganic compound composite was obtained.The morphology, mechanical porperties and thermal conductive properties were investigated found, that the composites prepared by this procedure have better compatibility with the inorganic compounds than that of the composites prepared by traditional method.And after adding the aluminum nitride and boron nitride, thermal properties of polymer materials have been enhanced. But the tensile strength and elongation at break are decreased. In thermal conductivity experimentation, thermal conductivity of the composite containing 10phr of boron nitride was about three times of the pristine polyimde. SEM (Field-emission Scanning Electron Microscope) analysis shows that the surface of polyimide/boron nitride composite,has many conductive network structure, thus can significantly enhance the thermal conductivity.

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 有機／無機複合材料 2
1.3 聚醯亞胺簡介 6
1.3-1 聚醯亞胺合成之理論 7
1.3-2 加成型聚醯亞胺 10
1.3-3 縮合型聚醯亞胺 15
1.3-4 改質型聚醯亞胺 23
1.4 偶合劑的應用原理 29
1.4-1偶合劑的化學構造 29
1.4-2矽烷偶合劑（Silane coupling agents） 30
1.4-3 矽烷偶合劑作用機構 31
1.5 導熱材介紹 32
1.6熱傳導理論 33
1.6-1熱傳導機構 34
1.6-2熱傳導係數之定義 36
1.6-3熱傳導物理性質 37
1.6-4熱傳導的量測方法 38
1.6-5瞬態平面熱源法 39
第二章 文獻回顧與研究動機 41
2.1文獻回顧 41
2.2研究動機 49
第三章 實驗內容 50
3.1實驗藥品 50
3.2儀器設備 54
3.3實驗步驟 56
3.4 PI-IPS／AlN及BN複合材料製備 57
3.5儀器量測方式 59
第四章 結果與討論 64
4.1黏度性質分析 64
4.2 傅立葉紅外線吸收光譜(FT-IR)分析 66
4.2-1傅立葉紅外線光譜監測IPS反應時間 66
4.2-2傅立葉紅外線光譜監測PI與PI-IPS環化率 67
4.2-3 PI之紅外線吸收光譜分析鑑定 71
4.2-4 PI-IPS之紅外線吸收光譜分析鑑定 75
4.3固態NMR光譜分析 79
4.4掃描式電子顯微鏡 (SEM) 觀察 81
4.4-1 PI／AlN複合材料型態觀察分析 81
4.4-2 PI-IPS／AlN複合材料型態觀察分析 83
4.4-3 PI／BN複合材料型態觀察分析 87
4.4-4 PI-IPS／BN複合材料型態觀察分析 87
4.5穿透式電子顯微鏡 (TEM) 觀察 91
4.6熱重量分析儀(TGA ) 測試分析 94
4.7吸水性質分析 97
4.8機械性質分析 99
4.9熱傳導係數分析 102
第五章 結論 105
第六章 參考文獻 108

圖目錄
圖 1-1由二酐和二胺合成聚醯亞胺過程中的主要反應 8
圖 1-2雙馬來醯亞胺(Bismaleimides)型樹脂的反應 12
圖 1-3末端為乙炔基的聚醯亞胺之合成反應 13
圖 1-4 PMR樹脂之反應程序 14
圖 1-5一階段法之聚醯亞胺合成反應 16
圖 1-6 Two-step 之聚醯亞胺合成反應 17
圖 1- 7 Polyamic acid 之生成反應機構 18
圖 1-8化學環化法的化學反應式 19
圖 1-9熱溶液環化法的化學反應式 20
圖 1-10 Polyisoimide 預聚物法 22
圖 1- 11聚醯胺醯亞胺的結構式 24
圖 1- 12含有醯胺基單體的聚醯胺醯亞胺之製備 25
圖 1- 13含有醯亞胺基的聚醯胺醯亞胺之製備 25
圖 1- 14含有醯亞胺單體的聚醯胺醯亞胺之製備 26
圖 1- 15偏苯三酸酐來製備聚醯亞胺 27
圖 1- 16二異氰酸化物來製備聚醯胺醯亞胺 27
圖 1- 17直接聚合之聚醯胺醯亞胺 28
圖 1- 18交鏈型聚醯胺醯亞胺 29
圖 1- 19 Arkles 的作用機構模型 32
圖 1- 20熱傳導、熱對流、熱輻射示意圖 34
圖 1- 21熱傳導示意圖 37
圖 1- 22瞬態平面熱源量測示意圖 40

圖2- 1鈦酸鹽類偶合劑KR-138S 43
圖2- 2PMR類型聚醯亞胺聚合作用的化學反應 45
圖2- 3 ODA與PMDA之聚合反應 46
圖2- 4非結晶的PI化學結構 47
圖2- 5半結晶相PI化學結構 48
圖2- 6製備nano-AlN/PI複合材料流程圖 48

圖3- 1 PI-IPS／AlN 複合材料之化學結構合成流程圖（1） 57
圖3- 2 PI-IPS／AlN 複合材料之化學結構合成流程圖（2） 58
圖3- 3熱傳導樣品量測示意圖 61
圖3- 4奧士瓦黏度計示意圖 63

圖4- 1 PAA與IPS反應時間之FTIR吸收光譜圖 66
圖4- 2 PI在不同溫度下FTIR吸收光譜圖 69
圖4- 3 PI-IPS在不同溫度下FTIR吸收光譜圖 70
圖4- 4 PAA及PI之FTIR 吸收光譜圖（4000~400cm-1） 73
圖4- 5 PAA及PI之FTIR 吸收光譜圖（2000~400cm-1） 74
圖4- 6 PAA-IPS及PI-IPS之FTIR 吸收光譜圖（4000~400cm-1） 77
圖4- 7 PAA-IPS及PI-IPS之FTIR 吸收光譜圖（4000~400cm-1） 78
圖4- 8 PI-IPS之29Si - NMR 分析 80
圖4- 9 PI ／ AlN 20phr複合材料面分散型態（×200） 82
圖4- 10 PI ／ AlN 20phr複合材料面分散型態（×1000） 82
圖4- 11 PI-IPS ／ AlN 30phr複合材料面分散型態（×200） 85
圖4- 12 PI-IPS ／ AlN 30phr複合材料面分散型態（×1000） 85
圖4- 13 PI-IPS ／ AlN 50phr複合材料面分散型態（×200） 86
圖4- 14 PI-IPS ／ AlN 50phr複合材料面分散型態（×1000） 86
圖4- 15 PI ／ BN 20phr複合材料面分散型態（×200） 88
圖4- 16 PI ／ BN 20phr複合材料面分散型態（×1000） 88
圖4- 17 PI-IPS ／ BN 30phr複合材料面分散型態（×200） 89
圖4- 18 PI-IPS ／ BN 30phr複合材料面分散型態（×1000） 89
圖4- 19 PI-IPS ／ BN 50phr複合材料面分散型態（×200） 90
圖4- 20 PI-IPS ／ BN50phr複合材料面分散型態（×1000） 90
圖4- 21未添加偶合劑AlN放大3000之TEM分析圖 92
圖4- 22未添加偶合劑AlN放大10,000之TEM分析圖 92
圖4- 23添加偶合劑改質AlN放大3000之TEM分析圖 93
圖4- 24添加偶合劑改質AlN放大10,000之TEM分析圖 93
圖4- 25 PI-IPS / AlN 複合材料的TGA 熱分析曲線圖 96
圖4- 26 PI-IPS / BN 複合材料的TGA 熱分析曲線圖 96
圖4- 27PI-IPS/AlN及BN複合材料之吸水性質曲線圖 98
圖4- 28 PI-IPS/AlN及BN複合材料之抗張強度曲線圖 101
圖4- 29 PI-IPS/AlN及BN複合材料之斷裂伸長率曲線圖 101
圖4- 30 AlN及BN在PI中堆疊示意圖 104
圖4- 31 PI-IPS/AlN及BN複合材料之熱傳導曲線圖 104

表目錄
表1-1一般聚醯亞胺的特性 10

表4- 1聚醯亞胺酸之黏度量測值 65
表4- 2 PI在不同溫度下吸收鋒面積 68
表4- 3 PI-IPS在不同溫度下吸收鋒面積 68
表4- 4 PI之FTIR 官能基吸收峰對照表 72
表4- 5 PI-IPS之FTIR 官能基吸收峰對照表 76
表4- 6 PI ／ AlN 20phr之元素分析 81
表4- 7 PI-IPS ／ AlN 30phr之元素分析 83
表4- 8 PI-IPS ／ AlN 50phr之元素分析 84
表4- 9 PI-IPS/AlN或BN複合材料之熱性質數據整理 95
表4- 10 PI-IPS/AlN及BN複合材料之吸水性質數據總整理 97
表4- 11 PI-IPS/AlN及BN複合材料之機械性質數據總整理 100
表4- 12 PI-IPS/ AlN 5μm及AlN 10μm複合材料之熱傳導性質數據總整理 103
表4- 13 PI-IPS/AlN或BN複合材料之熱傳導性質數據總整理 103

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