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近年来，具有低介电常数的纳米多孔材料在微电子工业中的应用引起了极大的关注。由于聚酰亚胺(PI)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，因此在微电子工业中被广泛用做介电材料。但是,介电常数在3.1～3.5的常规聚酰亚胺难以满足未来微电子工业中介电常数小于2.5的要求。基于空气的介电常数最低,因而在聚酰亚胺中引入孔隙制备聚酰亚胺纳米泡沫介电材料已经成为一个研究热点。
本文通过传统的两步合成法，合成了主链含氟的聚酰亚胺，然后通过氯甲基化反应在聚酰亚胺主链中引入氯甲基基团，并以此氯甲基化聚酰亚胺为大分子引发剂进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应,合成了聚酰亚胺-苯乙烯接枝聚合物,最后控制适当的温度进行热裂解,制备了一种新型的聚酰亚胺纳米泡沫介电材料。主要包括以下三个方面的内容：
1.通过偶氮二异丁腈(AIBN)引发苯乙烯(St)与对氯甲基苯乙烯(p-CMS)共聚，合成了二元共聚物P(St-co-CMS)，在氯化亚铜/四甲基乙二胺(CuCl/TMEDA)催化下，以此二元共聚物为大分子引发剂引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)的原子转移自由基聚合，成功的合成了结构明晰的以聚苯乙烯为主链、聚甲基丙烯酸甲酯为支链的接枝共聚物P(S-g-MMA)。结果表明，用这种方法制备的接枝共聚物相对分子质量分布较窄，支链数目及长度可控，接枝效率高达93.7％。此法的成功为本文以氯甲基化聚酰亚胺为大分子引发剂合成微相分离的聚酰亚胺-苯乙烯梳型聚合物提供了一个很好的模型。
2.以4,4’-六氟异叉丙基二苯四酸二酐(6FDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为单体制备了含氟聚酰亚胺(6FOD-PI)，并通过氯甲基甲醚与6FOD-PI反应，将氯甲基引入PI 主链，合成了氯甲基化聚酰亚胺(CMPI)。1H-NMR和IR分析表明氯甲基化的反应位点是ODA 单元的2-位或2,2’-位。时间和温度是影响氯甲基化率的重要因素，故通过控制反应条件可合成不同氯甲基化率的CMPI。
由于CMPI 有较好的溶解性，较高的热稳定性以及氯甲基的化学反应活性，有望进一步引入脂肪族侧链。
3.以CMPI为大分子引发剂，通过原子转移自由基聚合的方法在聚酰亚胺主链上引入了合适长度的聚苯乙烯侧链，得到微相分离的聚酰亚胺-苯乙烯梳型共聚物(CMPI-St)。SEM 表明聚苯乙烯链段均匀分布于聚酰亚胺连续相中；
热分析表明该聚合物存在两个玻璃化转变温度(Tg1=82℃，Tg2=270℃)，热不稳定的聚苯乙烯支链在220℃即开始分解。控制适当的温度(Td﹤T﹤Tg)以及升温速率(1℃/min)对聚酰亚胺-苯乙烯接枝共聚物进行热裂解制得了聚酰亚胺纳米泡沫薄膜。SEM 表明膜中形成了纳米孔洞，孔径大小在40～60nm 之间，末塌陷，孔洞分散均匀，膜中的纳米微粒基本分解完全。