1 電介質材料
1、J. Am. Ceram. Soc. ：通過微量添加劑顯著增強微波介電性能
由于5G通訊的快速發展和應用，具有小尺寸、低插入損耗、高品質因數和高穩定性的陶瓷介質諧振器已成為5G基站的關鍵部件，因此需要性能更優的微波介電陶瓷材料，來滿足此類電子元件的要求。
最近，天津大學的研究人員通過固相反應合成了ZnZrNb2O8+x wt% LiF、MgF2、CuO（0.00≤x≤0.10）和Zn1?xCuxZrNb2O8（0.000≤x≤0.050）陶瓷。與純ZnZrNb2O8陶瓷相比，添加微量添加劑后材料的品質因數和顯微組織致密性顯著提高。當使用CuO作為燒結添加劑時，介電常數（?r）主要受相對密度的影響，而品質因數（Q×f）主要受晶粒尺寸的影響。當使用CuO作為摻雜劑時，?r受介電極化率和晶格振動影響較大，Q×f值主要受化學鍵的共價性影響，并且諧振頻率溫度系數（τf）主要取決于Nb-O鍵能和鍵價的變化。這種陶瓷材料具有優異??特性（對ZnZrNb2O8+0.06 wt% CuO體系，?r= 27.404，Q×f = 74213 GHz，τf= -52.779 ppm/℃；對Zn0.997Cu0.003ZrNb2O8體系，?r = 27.448，Q×f = 72520 GHz，τf = -53.143 ppm/°C），在5G通訊等領域具備應用前景。該論文以“Trace additive enhances microwave dielectric performance significantly to facilitate 5G communications”發表于J. Am. Ceram. Soc.上。
圖1. ZnZrNb2O8+x wt% LiF、MgF2、CuO（0.00≤x≤0.10）和Zn1?xCuxZrNb2O8（0.000≤x≤0.050）
陶瓷的微波性能
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https://doi.org/10.1111/jace.18688
2、ACS Appl. Mater. Interfaces：通過引入Na0.5Bi0.5TiO3@TiO2晶須以提升三明治結構聚偏氟乙烯基復合材料的儲能性能
近幾十年來，聚合物基電介質材料因其易加工、柔韌性好、重量輕、耐高壓、自保護等優點在現代電子電氣工業中受到廣泛關注。然而，聚合物的低極化和低充放電效率（η）等固有特性嚴重阻礙了它們的發展。
近日，西北大學等科研團隊提出了一種使用殼核結構Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)@TiO2(TO)晶須結合三明治結構的聚偏氟乙烯（PVDF）獲得高性能復合電介質材料的新策略。其中間層是填充不同比例NBT@TO晶須的PVDF基復合材料，外層是原始的PVDF。結果表明，由于額外的界面極化和相鄰層之間的勢壘效應，引入NBT@TO晶須后，復合材料的電位移和擊穿強度同時得到了優化。當復合材料的中間層含有6 wt% NBT@TO晶須時，電位移顯著提高至13.99 μC cm-2，在314 MV m-1的低電場下，最大放電能量密度（Ud）為15.42 J cm-3，充放電效率（η）為66.12%。這項工作為未來制備具有優異放電能量密度的先進聚合物基復合材料提供了參考。相關論文以“Improved Energy Storage Property of Sandwich-Structured Poly(vinylidene fluoride)-Based Composites by Introducing Na0.5Bi0.5TiO3@TiO2 Whiskers”發表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。
圖2. 引入NBT@TO晶須的PVDF基復合材料的結構及其放電能量密度
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c07545
2 熱管理材料
1、Chem. Eng. J. ：應用于高性能熱管理的輕型柔性聚酰亞胺衍生激光誘導石墨烯
鋁散熱片的表面積小、表面發射率差等特性導致其散熱性能十分有限。將納米結構表面涂層應用于金屬散熱器是一種提高表面積和表面發射率的有效手段，特別是二維石墨烯片，其具有高導熱性、大表面積和高表面發射率。聚酰亞胺（PI）的激光熱解是制備具有分層結構的多孔石墨烯的有效方法。
近期，臺灣科技大學等機構的研究人員使用帶有準直器的雙焦透鏡來產生具有高能量密度、高集中度的CO2激光束，在高強度激光照射下得到PI衍生石墨烯（PI-derived graphene，PIDG），這種PIDG材料具有高度的石墨化、較低的薄層電阻（27.4 Ω/sq.）和較大的表面積（240.4 m2/g）。基于PIDG的電加熱器具有較高的加熱效率，施加16V的電壓后溫度可以快速達到202.6 ℃，且具有良好的柔韌性。將此PIDG用作散熱器可以有效地降低Si PV和LED模塊的工作溫度，并顯著提高其使用壽命。該論文以“Lightweight Flexible Polyimide-Derived Laser-Induced Graphenes for High-Performance Thermal Management Applications”發表于Chem. Eng. J.上。
圖3.PIDG的制備方法及其性能
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https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138656
2、Nat. Commun. ： 原子級金屬/半導體界面的非彈性聲子輸運
界面熱阻是限制電子產品散熱的主要因素，熱載體（主要是聲子）的散射導致了界面熱阻，了解金屬/半導體界面上的熱輸運對于電子產品的散熱至關重要。
通常認為，非金屬中的主要熱載體聲子在大多數界面上進行的是彈性輸運，除了極少數極端情況，比如兩種形成界面的材料的Debye溫度存在巨大差異。近日，清華大學等機構的科研人員提出了一種關于跨界面聲子輸運的新見解。研究發現，即使在由兩種具有相似Debye溫度的材料（Al/Si、Al/GaN）形成的界面上，在高溫下很大一部分聲子也會進行非彈性輸運，從而使界面熱導顯著提高。此外，界面銳度（interface sharpness）強烈影響聲子輸運過程。對于原子級尖銳界面，聲子也可以非彈性地傳輸，在溫度較高時界面熱導隨溫度線性增加。對應的，在擴散界面中聲子的非彈性傳輸減少。這些發現為微電子材料的界面熱導工程開辟了機會。相關研究以“Inelastic phonon transport across atomically sharp metal/semiconductor interfaces”發表于Nat. Commun.上。
圖4. Al/Si和Al/GaN界面的熱導
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https://doi.org/10.1038/s41467-022-32600-w
3 電磁屏蔽材料
1、Compos. Sci. Technol.: 用于選擇性電磁屏蔽增強和低反射的梯度結構硅橡膠復合材料
電磁輻射嚴重影響電子設備的正常運行及人體健康。聚合物基電磁干擾（EMI）屏蔽材料因其可解決傳統金屬屏蔽材料的加工性能差、耐腐蝕性能低和高密度等缺點而引起廣泛關注。
近日，安徽工業大學等機構的研究人員通過施加感應磁場，制備了填料梯度分布的鎳@碳纖維（Ni@CF）殼核結構復合材料。這種復合材料表現出優異的電導率（98.2 S/m），比填料均勻分散的復合材料高出兩個數量級。由于電磁波可以在其夾層結構內進行多次反射，其最大屏蔽效能（SE）達到60.8 dB。引入磁性Fe3O4@MWCNTs后，電磁波吸收效率從14%大幅增加至45%，復合材料在8.2 GHz的反射率僅為4%，意味著吸收率高達96%。此外，這種復合材料在1000次重復彎曲后依舊顯示出優異的電磁屏蔽穩定性，使其有望應用于精密電子設備和柔性可穿戴設備。相關研究以“Gradient structure silicone rubber composites for selective electromagnetic interference shielding enhancement and low reflection”發表于Compos. Sci. Technol.上。
圖5. 填料梯度分布Ni@CF復合材料的電磁屏蔽性能
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https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109688
4 熱電材料
1、J. Mater. Chem. A：通過鍺摻雜增強Sb2Si2Te6的熱電性能
熱電材料可以直接將熱能轉化為電能，在廢熱回收中起著重要作用。Sb2Si2Te6是一種有希望用于發電的中溫熱電材料，然而其應用受限于較低的功率因數（PF）和在673 K溫度左右時發生的相變。
最近，中國科學院大學等機構的研究人員通過摻雜鍺（Ge）成功地提高了Sb2Si2Te6的功率因數。優化載流子濃度后，在473K-773K溫度范圍內，Sb2Si1-xGexTe6的功率因數始終高于1100 μW m-1 K-2，在773K時熱電優值（zT值）最高，達到1.0。此外，通過三維數字模擬，對Sb2Si1.94Ge0.06Te6和Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01組成的單對（single-pair）熱電模塊的發電性能進行評估，在500 K的溫差下，模擬的轉換效率高達13%，功率密度可達3 W cm-2。這項工作表明Ge摻雜可以大幅提高Sb2Si2Te6的熱電性能，進而改善其發電性能，也為其在中溫范圍的實際應用提供了可能。該研究成果以“Enhancing the thermoelectric performance ofSb2Si2Te6by germanium doping”發表于J. Mater. Chem. A上。
圖6. Sb2Si1-xGexTe6的PF值及zT值
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https://doi.org/10.1039/D2TA05287C
2.Energy Environ. Sci. ：通過突破鈉的溶解度極限以實現p型PbTe的優異熱電性能
材料的熱電性能與其載流子濃度密切相關。然而，摻雜劑在基質中的最大溶解度是提高載流子濃度的主要限制因素。由于實驗上通常通過觀察雜質相來計算溶解度，導致其數值往往偏低。
最近，北京航空航天大學等機構的研究人員在Pb1?yNayTe基質中引入AgInSe2后，大大提高了Na的溶解度。因為Na溶解度的提高有利于能帶收斂，所以在873 K時，Pb0.95Na0.05Te–0.5%AgInSe2達到較大的功率因數（28.4 μW cm-1 K-2）。此外，隨著Na含量的增加，特別是在高溫下，晶格熱導率將受到抑制，熱電優值（ZT）因此大大提高。在773 K時，Pb0.95Na0.05Te–0.5% AgInSe2實現了約2.5的超高熱電優值，在323-873 K溫度范圍內，ZT平均值約為1.5。這項研究證實通過打破摻雜組分的溶解度限制，可以同時優化材料的電學和熱學性能以實現熱電性能的增強。相關研究內容以“Breaking the sodium solubility limit for extraordinary thermoelectric performance in p-type PbTe”發表于Energy Environ. Sci.上。
圖7. 通過突破鈉的溶解度極限以實現p型PbTe的優異熱電性能
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https://doi.org/10.1039/D2EE01421A
5 電子封裝材料
1、IEEE Trans. Comp. Packag. Man. Tech.：硅芯片和鎳/金電鍍基板之間含樹脂燒結銀接頭的熱機械穩定性研究
以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶（WBG）半導體器件工作結溫可超過200 ℃。含樹脂的燒結銀作為一種低彈性模量和熱性能優異的芯片連接材料，廣泛應用于大功率電子設備中。
近期，華南理工大學等機構的科研人員研究了在200℃和250℃老化條件下，鎳/金電鍍基板與含樹脂燒結銀接頭的熱機械穩定性。研究發現，在不同溫度下，接頭的斷裂行為和相應的失效機制不同。在200°C老化條件下，剪切斷裂發生在Ag基體內部，失效原因是Ag粗化將樹脂擠入粘合界面。在250°C老化條件下，剪切斷裂發生在樹脂/固溶體界面，其失效機制是細小的Au顆粒導致了過量的Ag-Au擴散，形成Ag-Au固溶體的同時也消耗了大量的燒結銀。這項研究有助于更好地了解含樹脂燒結銀的熱可靠性。相關研究內容以“Thermo-mechanical Stability of Resin-added Sintered-Silver joints between Si Die and Ni-/Au-electroplated Substrate”發表于IEEE Trans. Comp. Packag. Man. Tech.上。
圖8. 不同溫度及時間下的Ag-Au界面情況
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https://doi.org/10.1109/TCPMT.2022.3197358
2、Compos. Part B：中空SiO2微粒改性的納米織構氧化石墨烯對環氧樹脂納米復合材料力學和熱學性能的協同作用
石墨烯及其衍生物已被研究人員廣泛探索以改善環氧樹脂的機械和熱性能，不過，將GO與環氧樹脂基體結合使用時仍然存在一些挑戰。
最近，印度科學研究所的科研人員利用納米SiO2對氧化石墨烯進行功能化改性，并用柔性中空SiO2微粒對其進行原位修飾，制得了納米SiO2和中空SiO2微粒改性的氧化石墨烯（SGO-SiO2），并進一步利用SGO-SiO2作為增強劑，改善四官能環氧樹脂納米復合材料的機械性能和熱性能。這種材料的獨特結構防止了GO在干燥過程中以及與環氧樹脂基體結合過程中的團聚。此外，由于顆粒的柔性和中空性，因此不會在基體中產生任何孔隙，并利于提高機械性能。與純環氧樹脂相比，添加0.75-1 wt% SGO-SiO2改性后的環氧樹脂納米復合材料在壓縮、彎曲和斷裂性能方面均提升超過40%。相關研究內容以“Synergistic effect of nanotextured graphene oxide modified with hollow silica microparticles on mechanical and thermal properties of epoxy nanocomposites”發表于Compos. Part B上。
圖9. GO、中空SiO2微顆粒與環氧基體的化學相互作用機理
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https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110175