1 電介質材料
1、ACS Nano：聚合物納米復合介電材料——了解基體/顆粒界面
聚合物納米復合介電材料具有原始聚合物介電材料所不具備的卓越電學性能，在這類材料中，基體/顆粒界面對塊狀材料的性能起決定性作用。
近日，清華大學等機構的科研人員發表綜述文章，介紹了關于聚合物納米復合介電材料中基體/顆粒界面特性的最新研究進展，深入剖析了用于研究基體/顆粒界面構效關系的重要實驗方法和先進表征技術，同時評估了每種實驗方法的局限性。作者從多個方面總結比較了三種實驗策略的優缺點，指出了各自存在的關鍵問題并提出可能的解決方案，為今后界面研究指出了潛在的方向。該綜述文章以“Polymer Nanocomposite Dielectrics：Understanding the Matrix/Particle Interface”發表于ACS Nano上。
圖1. 界面研究的三種主要實驗策略示意圖
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07404
2、Adv. Funct. Mater.：超低k介電有機硅酸鹽玻璃中塑性驅動電導率下降的證據
用于微電子、能量儲存、電源等領域的先進器件是金屬和電介質組成的復雜結構，嵌入式電介質的可靠性取決于它們在泄露和擊穿時保持其電氣特性的能力。因此，了解介電薄膜的機械和電學行為之間的相互作用，對于預測功能器件的壽命至關重要。
最近，法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學的研究人員結合原位先進實驗和有限元模擬，闡明了塑性變形對超低k介電薄膜導電性的影響。研究團隊通過“電納米壓痕”測試證實了電學失效和力學失效（泄漏退化、擊穿、塑性、開裂）之間的強烈相關性，還發現了高機械應力下反直覺的電導率下降。對機械生成的缺陷處空穴俘獲引起的空間電荷堆積進行分析后，確定了閾值應變是聯系電介質內部機械應變相關電導與電流線分布的關鍵。這項工作對電介質中的機械/電氣耦合提供了新的理解，為解決先進器件的可靠性問題提供了新的方案。相關研究工作以“Evidence of Plasticity-Driven Conductivity Drop in an Ultra-Low-k Dielectric Organosilicate Glass”發表于Adv. Funct. Mater.上。
圖2.電納米壓痕實驗示意圖
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https://doi.org/10.1002/adfm.202207354
2 熱管理材料
1、Adv. Mater.：塊體環氧樹脂中有機纖維的多級螺旋結構導致三維高熱導率
聚合物通常被認為是熱絕緣體，然而定向纖維和薄膜的熱導率卻顯著提高。由于空間界面聲子-熱導勢壘的存在，將聚合物的線性熱傳輸優勢擴展到塊狀材料仍然具有較大挑戰。
近期，四川大學等機構的研究人員受原膠原（tropocollagen）結構的啟發，發現將具有螺旋結構的多級排列的聚對苯撐苯并雙惡唑（PBO）纖維編織到環氧樹脂基體中，可以產生三維的連續導熱通路，并實現了10.85 W m-1 K-1的面間熱導率和7.15 W m-1 K-1的面內熱導率。良好的熱導率不僅歸因于PBO的多級分子、螺旋和編織結構，還歸因于帶有重疊聲子態密度的非晶鏈，這些結構能夠將PBO纖維中相鄰的高熱導率晶體橋接在一起，從而使高熱導率PBO晶體之間的界面熱阻被抑制在10-10?m2 K W-1量級。該材料還具有一些其他優點，如重量輕、機械強度高、柔韌且不易燃等。這種材料為有機聚合物在高性能熱管理方面的應用創造了機會。該研究以“Tropocollagen-Inspired Hierarchical Spiral Structure of Organic Fibers in Epoxy Bulk for 3D High Thermal Conductivity”發表在Adv. Mater.上。
圖3. 原膠原及PBO纖維的多級螺旋結構示意圖
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202206088
3 電磁屏蔽材料
1、Nano-Micro Letters：用于吸收主導型電磁屏蔽的具有雜化碳納米填料的高柔性織物/環氧樹脂復合材料
環氧基納米復合材料因其輕質、化學惰性和機械耐久性而成為理想的電磁干擾（EMI）屏蔽材料。然而，環氧樹脂的低導電性和脆性阻礙了其在便攜式和柔性電磁屏蔽材料方面的應用，例如智能腕帶、醫用布、航空航天和軍事設備等。
近日，韓國仁荷大學的研究人員報道了一種單壁碳納米管（SWCNT）/還原氧化石墨烯（rGO）雜化碳納米填料作為導電劑，聚酯織物（PFs）作為基體的柔性電磁屏蔽復合材料。這種SWCNT/rGO/PF/環氧復合材料的最高電導率和斷裂韌性分別為30.2 S m?1和38.5 MPa m1/2，與不含SWCNT的材料相比，分別提高了約270%和65%。此外，該材料還具有優異的機械耐久性，電導率在1000次彎曲循環實驗中保持穩定。厚度為0.6 mm的樣品在頻率為8.2–12.4 GHz的X波段下，電磁屏蔽效能約為41 dB，吸收系數超過0.7，意味著電磁吸收行為占主導。這項研究為研發柔性和高耐久性的電磁屏蔽復合材料提供了參考。研究論文以“Highly Flexible Fabrics/Epoxy Composites with Hybrid Carbon Nanofillers for Absorption-Dominated Electromagnetic Interference Shielding”發表于Nano-Micro Letters上。
圖4. SWCNT/rGO/PF/環氧復合材料的微觀結構及電磁屏蔽機理示意圖
論文鏈接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-022-00926-1
4 熱電材料
1、ACS Appl. Mater. Interfaces：一種新型n型熱電材料Y2Te3
熱電（TE）器件的效率很大程度上取決于熱電優值zT，而實現更高zT值的途徑往往是降低熱導率k。稀土硫族化合物由于其較低的晶格導熱率（kL）和可以通過陽離子空位調節的載流子濃度，已經作為高溫熱電材料被廣泛研究。
最近，美國西北大學等機構的研究人員報道了一種有應用前景的n型熱電材料——Y2Te3，這是一種具有類巖鹽型（rocksalt-like）空位有序結構的稀土硫族化合物。通過對Y2Te3的傳輸特性、熱電性能優化和摻雜特性等進行計算評估后發現：在Y2Te3摻雜到最優的1–2 × 1020 cm–3電子濃度時，可以獲得大于1的最大zT值。缺陷計算表明，Y2Te3在富Y生長條件下是n型可摻雜的，抑制了類受體陽離子空位的形成。另外還發現，可以使用鹵素（Cl、Br和I）實現最優n型摻雜，其中I是最有效的摻雜劑。這些研究結果以“Y2Te3 : A New n-Type Thermoelectric Material”發表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。
圖5. Y2Te3的類巖鹽斜方晶體結構和費米面
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c12112
5 電子封裝材料
1、Prog. Mater. Sci.：環氧樹脂的韌性及其改性機理研究
環氧樹脂作為基體樹脂廣泛應用于各種復合材料，然而環氧樹脂的一些固有特性如抗疲勞特性差、抗沖擊性差以及韌性和強度之間的相互制約等，嚴重阻礙了其進一步應用。
近日，中南民族大學的研究人員發表綜述文章，介紹了環氧樹脂的增韌方法和相關機制以及韌性的表征分析技術的最新發展情況。作者認為，作為典型的均質韌性材料，超支化聚合物（hyperbranched polymers）特別是超支化環氧樹脂（HERs）可以理想地解決環氧樹脂韌性和強度的制約問題，因為HERs可以均勻地增韌和增強雙酚A型二縮水甘油醚（DGEBA），并促進DGEBA的降解。此外，由于它們具有優異的相容性、潤濕性和低粘度，可以在組分之間表現出強烈的界面相互作用。這些研究對環氧樹脂在高性能、高科技領域的各種新型應用提供了指導。該綜述文章以“Toughness and its mechanisms in epoxy resins”發表于Prog. Mater. Sci.上。
圖6. 環氧樹脂的各種微觀、宏觀形態示意圖
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https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100977
2、J. Mater. Chem. C：聚合物基復合材料的導熱——基本原理、研究進展與阻燃/抗電磁干擾設計
隨著芯片集成度和功率密度的快速提高，要求電子封裝材料具有優異的導熱性、阻燃性和抗電磁干擾性能。然而，大多數聚合物導熱性低、電磁透過率高且易燃。因此，聚合物基電子封裝材料的導熱性、阻燃性和抗電磁干擾性能都急待提高。
最近，華中科技大學的研究人員對聚合物基復合材料的導熱機理和提高其熱導率的新方法（如構建三維導熱網絡）進行了總結。此外，還總結了這些高導熱聚合物基復合材料的抗電磁干擾和阻燃機理及其最新研究進展，例如，將碳材料與陶瓷進行復合以實現導熱性和抗電磁干擾性的提高，或利用氮磷化合物對陶瓷進行改性以提高材料的導熱性和阻燃性。這些研究有助于解決下一代電子器件對于具有高導熱性、阻燃性及抗電磁干擾性能的聚合物基復合材料的迫切需求。該綜述文章以“Thermally conductive polymer-based composites: fundamentals, progress and flame retardancy/anti-electromagnetic interference design”發表于J. Mater. Chem. C上。
圖7. 聚合物基復合材料的多功能化發展趨勢及特性要求
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https://doi.org/10.1039/D2TC03306B
3、IEEE Trans. Comp. Pack. Man. Tech.：UCIe——一種封裝級小芯片創新的開放性行業標準
Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) 是一種行業互連標準，在這個標準下開發出一套開放的小芯片（Chiplet）生態系統，目的是為了讓不同供應商生產的小芯片在不同地方可以互相配合使用并封裝在一起。
近日，美國英特爾公司的研發人員深入探討了該團隊開發的UCIe 1.0規范中，所采用的架構、電路、通道和封裝等方面內容，展示了其在通道和電路實現等方面的相關研究成果。小芯片的系統封裝可以克服光刻制程的限制以實現更好的性能。例如，計算核心可以在某個制程節點實現，而內存和輸入/輸出（I/O）控制器等結構功能也可以重新利用同樣的制程節點，這樣的功能區分一方面可以降低芯片的尺寸，從而提高產量；另一方面，不需要為不同功能提供不同的芯片設計，可以根據特定產品需求，選擇使用不同數量的計算、內存、I/O以及加速器芯片，從而降低設計、驗證和產品成本。目前UCIe已經在英特爾Sapphire Rapids CPU上實現應用，為異構芯片之間的高帶寬、低延遲、節能和經濟性封裝互聯提供了解決方案。該文章以“Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe)?: An Open Industry Standard for Innovations with Chiplets at Package Level”發表于IEEE Trans. Comp. Pack. Man. Tech.上。
圖8. 基于UCIe的小芯片開放式生態系統：封裝中的平臺
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DOI: 10.1109/TCPMT.2022.3207195