1 電介質(zhì)材料

1、Composites Part A：共價(jià)修飾多級結(jié)構(gòu)玉米狀BNNs@BT/苯并惡唑復(fù)合材料的超寬溫介電性能增強(qiáng)

聚合物電介質(zhì)材料廣泛用于脈沖功率技術(shù)和高能武器系統(tǒng)。然而，隨著電介質(zhì)陶瓷的加入，聚合物材料介電常數(shù)的提高往往伴隨著擊穿強(qiáng)度的降低。

最近，華東理工大學(xué)的研究人員報(bào)道了一種基于表面改性和高溫陶瓷化的有效方法來制備由BaTiO3納米線（BT）和BNNs納米片組成的功能性玉米狀雜化材料。BNN不僅改善了固有的介電差異匹配，而且有效抑制了由載流子遷移引起的損耗。特別是，在聚對苯撐苯并雙惡唑（poly-p-phenylene benzobisoxazole，PBO）的幫助下，工作溫度得到了提高。在4 wt%填充量下，這種復(fù)合材料具有最高的放電能量密度（Ud=2.24 J cm-3），同時(shí)還具有高充放電效率（η=85%）和超寬溫介電穩(wěn)定性（25℃-200℃）。這項(xiàng)工作以“Covalently modified and hierarchically structured corn-like BNNs@BT/benzoxazole composites with enhanced dielectric properties over an ultra-wide temperature range”發(fā)表于Composites Part A上。

圖1. BNNs@BT-PBO薄膜的介電性能

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107027

2、J. Mater.  Chem.  A：無機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料的界面耦合與儲能

無機(jī)物和有機(jī)物的界面耦合能力會(huì)影響儲能密度、充放電效率、介電損耗以及決定儲能性能的許多其他參數(shù)。因此，增加無機(jī)物和有機(jī)物之間的界面耦合已成為實(shí)現(xiàn)高儲能的重要研究方向。

最近，寶雞文理學(xué)院、東京大學(xué)和陜西科技大學(xué)的研究人員發(fā)表綜述文章，從材料尺寸控制、界面理論模型、影響界面耦合的微觀和宏觀因素以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面介紹了界面耦合與儲能性能之間的關(guān)系。文章討論了高儲能密度界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各種機(jī)制、機(jī)遇和挑戰(zhàn)，并基于無機(jī)和有機(jī)材料的界面耦合問題，總結(jié)了未來的發(fā)展前景和需要解決的問題。最后，還提出了一些解決方案，比如采用高縱橫比陶瓷填料、弛豫反鐵電陶瓷填料、調(diào)節(jié)厚度和層數(shù)以及優(yōu)化制備工藝等，為開發(fā)具有高儲能性能的新型介電材料提供了思路。該綜述論文以“Interface coupling and energy storage of inorganic-organic nanocomposites”發(fā)表于J. Mater. Chem. A上。

圖2. 影響無機(jī)-有機(jī)界面的不同耦合因素關(guān)系示意圖

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TA02900F

2 熱管理材料

1、Composites Part B：聚合物納米復(fù)合材料導(dǎo)熱模型的提出與驗(yàn)證

導(dǎo)熱聚合物納米復(fù)合材料因其在眾多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用得以迅速發(fā)展。然而，大多數(shù)用于分析和預(yù)測復(fù)合材料熱導(dǎo)率的模型都存在一些不足。

近日，北京化工大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員基于經(jīng)典Agari模型（即并聯(lián)模型和串聯(lián)模型）的推導(dǎo)過程，首次提出了一種新的導(dǎo)熱模型（并聯(lián)-串聯(lián)模型，P-S模型）。使用公開報(bào)道的數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的擬合度（R2）都大于0.95。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)獲得的熱導(dǎo)率與P–S模型之間的偏差小于4%。這表明新的P–S導(dǎo)熱模型可用于預(yù)測和分析熱導(dǎo)率，從而可為導(dǎo)熱納米復(fù)合材料的制備提供指導(dǎo)。該研究以“Proposal and verification of thermal-conductive model of polymer nanocomposites”發(fā)表于Composites Part B上。

圖3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與P-S模型計(jì)算值對比

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110033

2、Composites Part B：具有高導(dǎo)熱性和高效發(fā)熱性的雙功能熱管理材料

過熱和過冷運(yùn)行溫度都不利于電子設(shè)備的可靠性。然而，同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效散熱和快速發(fā)熱是一個(gè)挑戰(zhàn)。

最近，四川大學(xué)的研究人員通過構(gòu)建雙邊導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)制備得到一種雙功能熱管理材料。氮化硼納米片（BNNSs）和芳綸納米纖維（ANFs）的定向排列為熱傳導(dǎo)提供了有利條件，在BNNS/ANF層的上表面組裝了大量交叉連接的互連銀納米線（AgNW）網(wǎng)絡(luò)，為電加熱奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。對30wt%BNNS/ANF@AgNW薄膜，達(dá)到了31.3W/mK的優(yōu)異面內(nèi)熱導(dǎo)率和焦耳熱性能，同時(shí)表現(xiàn)出非凡的柔性且機(jī)械強(qiáng)度超過100 MPa。該工作為開發(fā)多功能熱管理材料指出了一條有價(jià)值的道路。相關(guān)研究內(nèi)容以“Dual-functional thermal management materials for highly thermal conduction and effectively heat generation”發(fā)表于Composites Part B上。

圖4. BNNS/ANF@AgNW薄膜的性能與文獻(xiàn)對比

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110084

3 電磁屏蔽材料

1、Adv.  Mater . ：鐵磁性石墨烯-石英織物的超寬頻強(qiáng)電磁干擾屏蔽性能

具有超高屏蔽效能（SE）的柔性電磁干擾（EMI）屏蔽材料非常適合用于高速電子設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對電磁輻射的衰減。然而，為了實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，通常采用的金屬外殼存在SE較低、屏蔽響應(yīng)受限于帶寬、耐腐蝕性較差以及對復(fù)雜幾何形狀不適應(yīng)等問題。

最近，北京大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過調(diào)制摻雜化學(xué)氣相沉積（CVD）生長過程，基于高度結(jié)構(gòu)化的鐵磁性石墨烯石英光纖（ferromagnetic graphene quartz fiber，F(xiàn)GQF），制備得到了一種具有寬帶寬、強(qiáng)電磁屏蔽特性的織物。對石墨氮摻雜結(jié)構(gòu)的精確控制使特定設(shè)計(jì)的石英織物上的石墨烯涂層具有高導(dǎo)電性（3906 S cm?1） 和高磁響應(yīng)性（飽和磁化強(qiáng)度為≈0.14 emu g?1），從而產(chǎn)生寬頻電磁屏蔽和電磁波吸收的協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)毫米厚的石英織物上配置20納米厚的石墨烯涂層，大尺寸FGQF在 1-18 GHz的寬頻范圍內(nèi)表現(xiàn)出卓越的電磁干擾屏蔽性能（≈107 dB）。這項(xiàng)工作使得可規(guī)模化制備、柔性、輕質(zhì)、耐用的超寬頻、強(qiáng)屏蔽材料在柔性反電子偵察、抗輻射和隱身技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。該研究工作以“Ultra-Broadband Strong Electromagnetic Interference Shielding with Ferromagnetic Graphene Quartz Fabric”發(fā)表于Adv. Mater.上。

圖5. FGQF的電磁屏蔽原理示意圖

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202202982

4 熱電材料

1、Mater .  Today Phys . ：反位缺陷調(diào)控實(shí)現(xiàn)p型Bi2-xSbxTe3合金的高熱電性能

在熱電材料中，載流子濃度、載流子遷移率、態(tài)密度有效質(zhì)量和晶格熱導(dǎo)率都與本征點(diǎn)缺陷密切相關(guān)。以p型Bi0.4Sb1.6Te3多晶材料為例，過多的反位缺陷會(huì)導(dǎo)致載流子濃度過高，載流子遷移率較低。

近期，深圳大學(xué)的研究人員報(bào)道了反位缺陷調(diào)控對提高Bi0.4Sb1.6Te3熱電性能的作用。通過在兩個(gè)不同的組分系列Bi0.4Sb1.6-xGaxTe3和Bi0.4Sb1.6-yInyTe3中探索單一鎵或銦摻雜對p型Bi0.4Sb1.6Te3熱電性能的影響，首次通過陽離子和陰離子之間的電負(fù)性差和原子尺寸差的倒數(shù)變化關(guān)系實(shí)現(xiàn)了反位缺陷的微調(diào)。Ga摻雜和熱變形產(chǎn)生的多尺度微結(jié)構(gòu)通過寬帶聲子散射顯著降低了晶格熱導(dǎo)率。結(jié)果顯示，p型Bi0.4Sb1.59Ga0.01Te3在350K時(shí)達(dá)到了1.47的zT值，在固態(tài)制冷領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。研究論文以“Antisite defect manipulation enables the high thermoelectric performance of p-type Bi2-xSbxTe3alloys for solid-state refrigeration”發(fā)表于Mater. Today Phys.上。

圖6. 反位缺陷調(diào)控實(shí)現(xiàn)p型Bi2-xSbxTe3合金的高熱電性能

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2022.100764

5 電子封裝材料

1、IEEE Trans .  Comp .   Pkg.  Man.  Tech.：采用陶瓷熱沉和多層銀燒結(jié)的功率模塊

無壓銀燒結(jié)因其工藝簡單、可提供具有良好物理性能（高導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、低彈性模量）的接合點(diǎn)而受到關(guān)注。基于高導(dǎo)熱AlN陶瓷熱沉上多層銀燒結(jié)設(shè)計(jì)新組件，有望解決傳統(tǒng)功率模塊采用金屬化基板、TIM和芯片連接等帶來的局限。

最近，法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)的研究人員提出了一種新的封裝技術(shù)，可用于開發(fā)適應(yīng)惡劣環(huán)境的高性能功率模塊，并優(yōu)化其制造過程。該方案通過使用氮化鋁陶瓷熱沉和多層銀燒結(jié)來實(shí)現(xiàn)。為了控制銀燒結(jié)層的性能，研究了常規(guī)和異常高溫下的無壓燒結(jié)工藝參數(shù)。使用Ti/Ni/Ag濺射層和銀漿燒結(jié)層作為AlN陶瓷上的粘結(jié)層的組件表現(xiàn)出約20MPa的可接受剪切應(yīng)力值，而W/Ni/Au和W/Ni/Ag粘結(jié)層的值小于10 MPa。對W/Ni/Au粘結(jié)層，在燒結(jié)銀和金層之間的界面處形成銀-金固溶體，導(dǎo)致在燒結(jié)銀界面處形成耗盡區(qū)，從而降低剪切應(yīng)力。對于W/Ni/Ag粘結(jié)層，低剪切應(yīng)力值主要是由于Ni層的氧化。相關(guān)研究內(nèi)容以“Power Module using Ceramic Heat Sink and Multilayers Silver Sintering”發(fā)表于IEEE Trans. Comp. Pkg. Man. Tech.上。

圖7. 組件裝配流程示意圖

論文鏈接：DOI: 10.1109/TCPMT.2022.3179432

2、J. Appl. Polymer Sci. ：具有低介電常數(shù)和優(yōu)異機(jī)械性能的環(huán)氧樹脂/中空玻璃微球復(fù)合材料

具有低介電常數(shù)和低介電損耗的材料對于電路板的高集成度至關(guān)重要。雖然環(huán)氧樹脂等聚合物具有優(yōu)異的綜合性能，但其介電常數(shù)無法滿足電子封裝的應(yīng)用需求。

最近，武漢理工大學(xué)的研究人員提出了一種簡單的接枝策略，通過空心玻璃微球和籠型聚倍半硅氧烷（polyhedral oligomeric silsesquioxane）之間的反應(yīng)，與環(huán)氧樹脂混合制成環(huán)氧樹脂-空心玻璃微球復(fù)合材料。中空玻璃微球（HGM）優(yōu)異的耐熱性可以改善復(fù)合材料的熱性能。由于Ge-POSS的加入，P-HGM與環(huán)氧樹脂基體表現(xiàn)出良好的界面相容性，并形成界面粘附區(qū)。當(dāng)P-HGM含量為20wt%時(shí)，?復(fù)合材料的介電常數(shù)為2.59，介電損耗為0.0145。同時(shí)，其拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度達(dá)到42.15?MPa、24.33?kJ/m2和90.82?MPa，展示出優(yōu)異的力學(xué)性能。該研究以“Epoxy resin/hollow glass microspheres composite materials with low dielectric constant and excellent mechanical performance”發(fā)表于J. Appl. Polymer Sci.上。

圖8. 環(huán)氧樹???（EP）/中空玻璃微球（HGM）與EP/P-HGM復(fù)合材料的力學(xué)性能

論文鏈接： https://doi.org/10.1002/app.52787

圖文 | 戰(zhàn)略研究辦公室

編輯 | 宣傳辦