1 電介質材料

1、Ceramics International：晶粒尺寸均勻性對減少超薄BaTiO3基MLCC直流衰減和提高其可靠性的重要性

多層陶瓷電容器（MLCC）作為應用最廣泛的無源電子元件之一，由于其優異的鐵電、介電和壓電性能，在衛星天線、電子車輛、計算機、智能手機和其他現代電子設備的內部電路中發揮著重要作用。目前，隨著5G通信網絡和電動汽車的快速發展，迫切需要超薄MLCC在各種直流偏壓和頻率下具有優異介電性能和優越可靠性。

最近，深圳先進電子材料國際創新研究院、清華大學和廣東風華高新科技股份有限公司的研究人員討論了晶粒尺寸均勻性在超薄介電層中的重要作用，并指出了在BaTiO3基超薄多層電容器中獲得高直流特性和可靠性的途徑。該團隊成功制造出具有不同晶粒尺寸的超薄（約1 μm厚度）X5R BaTiO3基MLCC。結果表明，由于直流偏置場增大時較低比例的不可逆疇壁運動導致的更低空間電荷極化和更小介電損耗，平均晶粒尺寸為（240±76）nm的MLCC芯片在不同頻率下表現出更高的溫度穩定性。并且，均勻結構樣品中晶界的高密度和氧空位濃度可以有效提高擊穿強度。因此，具有均勻結構的樣品表現出4900的高介電常數、63.74 MΩ的高電阻率和6426 h的理論壽命。這項工作以“Importance of uniformity of grain size to reduce dc degradation and improve reliability of ultra-thin BaTiO3-based MLCCs”發表于Ceramics International上。深圳先進電子材料國際創新研究院電介質材料研究中心在讀碩士研究生蔣坤倫為該論文的第一作者，張蕾副研究員為共同通訊作者。

圖1. 超薄MLCC芯片的介電性能與顯微形貌

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.06.271

2、Small：通過層狀結構優化策略提高無鉛陶瓷的儲能性能

目前對介電電容器的研究主要集中在薄膜、聚合物基厚膜和塊體陶瓷上。相比之下，塊體陶瓷表現出優異的熱穩定性，使其更適合在各種環境中使用。但是，大部分無鉛陶瓷能量密度和效率較低。

近日，同濟大學的科研團隊使用流延法成功地制備了具有層狀結構的無鉛陶瓷。優化層狀結構分布后，極化和Emax同時得到提高，達到了令人滿意的Wrec(≈7 J cm-3) 和接近理想的η(≈95%)。此外，在1-100 Hz頻率范圍和104疲勞循環內，Wrec值的浮動低至±3%，并且η值在30-160℃溫度范圍內始終高于88%，表明儲能性能具有出色的穩定性。這種層狀結構為提高介質電容器在高儲能應用中的性能提供了一種優化策略。相關研究以“Boosting Energy Storage Performance of Lead-Free Ceramics via Layered Structure Optimization Strategy”發表于Small上。

圖2. 實現優異儲能性能的分層結構優化策略示意圖

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202202575

2 熱管理材料

1、IEEE Trans.  Comp.  Packag.  Man.  Tech. ：鋁填料原位改性對凝膠熱界面材料流變性能和熱阻的影響

低熱阻是實現熱界面材料（TIM）高散熱效率的關鍵。然而，大多數研究只關注如何提高凝膠的導熱性，卻忽略了熱阻，而熱阻受流變特性的顯著影響。

近期，深圳先進電子材料國際創新研究院等機構的研究人員通過比較六種改性劑在改善鋁填料與硅油相容性方面的能力，揭示了原位改性鋁填料對凝膠流變性能和熱阻的影響。流變學結果表明，用0.170 wt%十二烷基三甲氧基硅烷（dodecyl trimethoxysilane）改性的凝膠TIM具有最佳的流變性能，包括最低的粘度和屈服應力、最弱的佩恩效應（Payne effect）和最短的松弛時間。對熱阻的測量進一步證實凝膠TIM的厚度（bond line thickness）和熱阻由流變性能決定。該工作為凝膠TIM的配方設計和工藝優化提供了參考。研究成果以“Effects of In-Situ Modification of Aluminum Fillers on the Rheological Properties and Thermal Resistance of Gel Thermal Interface Materials”發表于IEEE Trans. Comp. Packag. Man. Tech.上。深圳先進電子材料國際創新研究院熱管理材料研究中心張晨旭助理研究員為該論文的第一作者，曾小亮副研究員和任琳琳副研究員為共同通訊作者。

圖3.通過鋁的原位改性制備凝膠TIM示意圖

論文鏈接：DOI: 10.1109/TCPMT.2022.3192023

2、Composites Part A ：構建聚氨酯@聚多巴胺框架支持的可壓縮雙導熱氮化硼網絡以改進熱管理性能

作為電子器件中常見的導熱材料，聚合物基復合材料往往需要添加導熱填料以提高導熱系數。但是，過量的填料會降低材料的力學性能，嚴重影響實際應用。

近日，浙江理工大學的研究人員報道了一種聚合物基導熱復合材料的制備方法。首先通過簡單的表面改性和水性浸漬涂層方法制備了聚氨酯@聚多巴胺@氮化硼（PU@PDA@BN，FPB）骨架，然后通過聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）真空封裝獲得了FPB/PDMS復合材料。該復合材料包含由宏觀和微觀網絡組成的雙重導熱網絡，3D雙導熱網絡的構建形成了更加豐富和完整的導熱路徑，從而具有更高的導熱性。這種FPB/PDMS復合材料的熱導率達到0.70 W m-1K-1（BN填充量為3.80 vol%時），導熱增強達到367%，韌性達到80.00 J m-3，實現了導熱性能和力學性能的協同提升。同時，該復合材料作為熱界面材料可以有效散熱，具有熱管理應用前景。相關研究以“Construction of compressible dual thermally conductive boron nitride network supported by Polyurethane@Polydopamine skeleton for improved thermal management performance”發表于Composites Part A上。

圖4. FPB/PDMS復合材料的導熱性和韌性

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107104

3、J. Appl.  Polymer  Sci. ：通過預構建導熱網絡實現具有高各向同性導熱率的球形氮化硼/硅橡膠復合材料聚合物基體和填料之間的高界面熱阻是影響其導熱性的主要問題。

近日，四川大學的研究人員使用壓制填料的簡單方法，在填充基質硅橡膠（SR）之前，預先構建各向同性的球形氮化硼導熱網絡，以降低界面熱阻。結果顯示，在添加50?wt%的填充物時，球形氮化硼/硅橡膠復合材料的跨平面和面內導熱系數分別達到9.36和7.82?W/（m·K）。同時，該復合材料的熱分解溫度比硅橡膠高47.2°C，并且具有硬度低、可彎曲和折疊的特點，可用于替代傳統的導熱硅墊。相關研究工作以“Spherical boron nitride/silicone rubber composite with high isotropic thermal conductivity via pre-constructing thermally conductive networks”發表于J. Appl. Polymer Sci.上。

圖5. 球形氮化硼/硅橡膠復合材料的導熱性能

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/app.52901

3 電磁屏蔽材料

1、ACS Appl. Mater. Interfaces : 用于高性能電磁干擾屏蔽和紅外隱身的高度取向MXene/纖維素納米纖維復合薄膜的流變引導組裝

作為一類新興的二維材料，過渡金屬碳化物和氮化物MXene由于其金屬導電性和各種功能，被廣泛認為是有前途的電磁屏蔽和紅外隱身材料。

近日，四川大學的研究人員采用具有高縱橫比的一維纖維素納米纖維（cellulose nanofibers， CNFs）作為MXene/CNF膠體的增強劑和流變改性劑，獲得了取向MXene基復合材料。結果顯示，通過剪切誘導方法得到的高度取向結構使復合材料的電導率顯著增強，達到46685 S/m，抗拉強度為281.7 MPa，楊氏模量為14.8 GPa。此外，這種具有取向結構的超薄薄膜還具有出色的電磁屏蔽效果（38.1 μm時為50.2 dB）和紅外隱身性能（輻射系數0.562），使其有望在屏蔽及隱身領域得到應用。相關研究內容以“Rheology-Guided Assembly of a Highly Aligned MXene/Cellulose Nanofiber Composite Film for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding and Infrared Stealth”發表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。

圖6. 具有電磁干擾屏蔽和紅外隱身性能的高度取向MXene/纖維素納米纖維復合薄膜

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c11292

4 熱電材料

1、Mater. Sci. Semi. Proc. ：優化熱電優值的挑戰與策略

熱電材料被認為是將廢熱轉化為有用電能等應用領域中最有前途的材料。幾十年來，學術界提出了一系列有效的新策略和機理，不斷優化熱電材料的熱電優值。

最近，臺灣陽明交通大學的研究人員發表綜述文章，論述了熱電參數之間的平衡對于優化熱電優值zT是必不可少的。文章指出，在一定程度上，命中試驗法（hit and trial method）可以有效地優化熱電性能。在電子能帶工程中，能帶會聚、帶隙的彎曲度或有效質量控制顯著優化了功率因數。類似地，多級散射和低維技術是降低熱導率的有效策略。為了優化熱電優值，最好更多地關注晶格熱導率部分而不是其他熱電參數。為此，其中一種方法是在樣品中引入散射所有波長聲子的不同尺度的缺陷。文章預測，如果能將zT值提高到3.0的閾值，熱電材料領域將迎來一場革命。該綜述論文以“Challenges and strategies to optimize the figure of merit: Keeping eyes on thermoelectric metamaterials”發表于Mater. Sci. Semi. Proc.上。

圖7. 2000年以來最先進的熱電材料的熱電優值

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106944

5 電子封裝材料

1、Composites Science and Technology ：基于夾層結構烴類樹脂/取向氮化硼復合材料獲得具有高熱導率和低介電損耗的的柔性基板

高頻和高速電子設備的柔性電路板材料往往需要具有低介電常數（εr）、低介電損耗（tanδ）和高熱導率（TC）。

近期，浙江大學等機構的研究人員設計了一種夾層結構，通過熱壓方法將六方氮化硼（h-BN）片填充到高彈性苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（styrene ethylene butylene styrene，SEBS）基體中并沿面內方向取向，利用純環烯烴共聚物（cyclic olefin copolymer，COC）薄膜作為外表面層，SEBS/h-BN薄膜作為中間層得到夾層結構。COC薄膜的引入降低了SEBS/h-BN薄膜的tanδ和吸水率，使這種三明治結構的SEBS/COC/BN復合薄膜同時表現出低εr（2.7–3.6）、低tanδ（<1×10?3，10 GHz）、高TC（3.8–17.6 W m?1K?1）和低吸水率（<0.1%）。相關研究成果以“Flexible substrate based on sandwich-structure hydrocarbon resin/aligned boron nitride composites with high thermal conductivity and low dielectric loss”發表于Composites Science and Technology上。

圖8. 基于夾層結構烴類樹脂/取向氮化硼復合材料獲得具有高熱導率和低介電損耗的的柔性基板

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109654

圖文 | 戰略研究辦公室

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