1 电介质材料
1、J. Am. Ceram. Soc. ：通过微量添加剂显著增强微波介电性能
由于5G通讯的快速发展和应用，具有小尺寸、低插入损耗、高品质因数和高稳定性的陶瓷介质谐振器已成为5G基站的关键部件，因此需要性能更优的微波介电陶瓷材料，来满足此类电子元件的要求。
最近，天津大学的研究人员通过固相反应合成了ZnZrNb2O8+x wt% LiF、MgF2、CuO（0.00≤x≤0.10）和Zn1−xCuxZrNb2O8（0.000≤x≤0.050）陶瓷。与纯ZnZrNb2O8陶瓷相比，添加微量添加剂后材料的品质因数和显微组织致密性显著提高。当使用CuO作为烧结添加剂时，介电常数（Ɛr）主要受相对密度的影响，而品质因数（Q×f）主要受晶粒尺寸的影响。当使用CuO作为掺杂剂时，Ɛr受介电极化率和晶格振动影响较大，Q×f值主要受化学键的共价性影响，并且谐振频率温度系数（τf）主要取决于Nb-O键能和键价的变化。这种陶瓷材料具有优异��特性（对ZnZrNb2O8+0.06 wt% CuO体系，Ɛr= 27.404，Q×f = 74213 GHz，τf= -52.779 ppm/℃；对Zn0.997Cu0.003ZrNb2O8体系，Ɛr = 27.448，Q×f = 72520 GHz，τf = -53.143 ppm/°C），在5G通讯等领域具备应用前景。该论文以“Trace additive enhances microwave dielectric performance significantly to facilitate 5G communications”发表于J. Am. Ceram. Soc.上。
图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：通过引入Na0.5Bi0.5TiO3@TiO2晶须以提升三明治结构聚偏氟乙烯基复合材料的储能性能
近几十年来，聚合物基电介质材料因其易加工、柔韧性好、重量轻、耐高压、自保护等优点在现代电子电气工业中受到广泛关注。然而，聚合物的低极化和低充放电效率（η）等固有特性严重阻碍了它们的发展。
近日，西北大学等科研团队提出了一种使用壳核结构Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)@TiO2(TO)晶须结合三明治结构的聚偏氟乙烯（PVDF）获得高性能复合电介质材料的新策略。其中间层是填充不同比例NBT@TO晶须的PVDF基复合材料，外层是原始的PVDF。结果表明，由于额外的界面极化和相邻层之间的势垒效应，引入NBT@TO晶须后，复合材料的电位移和击穿强度同时得到了优化。当复合材料的中间层含有6 wt% NBT@TO晶须时，电位移显著提高至13.99 μC cm-2，在314 MV m-1的低电场下，最大放电能量密度（Ud）为15.42 J cm-3，充放电效率（η）为66.12%。这项工作为未来制备具有优异放电能量密度的先进聚合物基复合材料提供了参考。相关论文以“Improved Energy Storage Property of Sandwich-Structured Poly(vinylidene fluoride)-Based Composites by Introducing Na0.5Bi0.5TiO3@TiO2 Whiskers”发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。
图2. 引入NBT@TO晶须的PVDF基复合材料的结构及其放电能量密度
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c07545
2 热管理材料
1、Chem. Eng. J. ：应用于高性能热管理的轻型柔性聚酰亚胺衍生激光诱导石墨烯
铝散热片的表面积小、表面发射率差等特性导致其散热性能十分有限。将纳米结构表面涂层应用于金属散热器是一种提高表面积和表面发射率的有效手段，特别是二维石墨烯片，其具有高导热性、大表面积和高表面发射率。聚酰亚胺（PI）的激光热解是制备具有分层结构的多孔石墨烯的有效方法。
近期，台湾科技大学等机构的研究人员使用带有准直器的双焦透镜来产生具有高能量密度、高集中度的CO2激光束，在高强度激光照射下得到PI衍生石墨烯（PI-derived graphene，PIDG），这种PIDG材料具有高度的石墨化、较低的薄层电阻（27.4 Ω/sq.）和较大的表面积（240.4 m2/g）。基于PIDG的电加热器具有较高的加热效率，施加16V的电压后温度可以快速达到202.6 ℃，且具有良好的柔韧性。将此PIDG用作散热器可以有效地降低Si PV和LED模块的工作温度，并显著提高其使用寿命。该论文以“Lightweight Flexible Polyimide-Derived Laser-Induced Graphenes for High-Performance Thermal Management Applications”发表于Chem. Eng. J.上。
图3.PIDG的制备方法及其性能
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https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138656
2、Nat. Commun. ： 原子级金属/半导体界面的非弹性声子输运
界面热阻是限制电子产品散热的主要因素，热载体（主要是声子）的散射导致了界面热阻，了解金属/半导体界面上的热输运对于电子产品的散热至关重要。
通常认为，非金属中的主要热载体声子在大多数界面上进行的是弹性输运，除了极少数极端情况，比如两种形成界面的材料的Debye温度存在巨大差异。近日，清华大学等机构的科研人员提出了一种关于跨界面声子输运的新见解。研究发现，即使在由两种具有相似Debye温度的材料（Al/Si、Al/GaN）形成的界面上，在高温下很大一部分声子也会进行非弹性输运，从而使界面热导显著提高。此外，界面锐度（interface sharpness）强烈影响声子输运过程。对于原子级尖锐界面，声子也可以非弹性地传输，在温度较高时界面热导随温度线性增加。对应的，在扩散界面中声子的非弹性传输减少。这些发现为微电子材料的界面热导工程开辟了机会。相关研究以“Inelastic phonon transport across atomically sharp metal/semiconductor interfaces”发表于Nat. Commun.上。
图4. Al/Si和Al/GaN界面的热导
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https://doi.org/10.1038/s41467-022-32600-w
3 电磁屏蔽材料
1、Compos. Sci. Technol.: 用于选择性电磁屏蔽增强和低反射的梯度结构硅橡胶复合材料
电磁辐射严重影响电子设备的正常运行及人体健康。聚合物基电磁干扰（EMI）屏蔽材料因其可解决传统金属屏蔽材料的加工性能差、耐腐蚀性能低和高密度等缺点而引起广泛关注。
近日，安徽工业大学等机构的研究人员通过施加感应磁场，制备了填料梯度分布的镍@碳纤维（Ni@CF）壳核结构复合材料。这种复合材料表现出优异的电导率（98.2 S/m），比填料均匀分散的复合材料高出两个数量级。由于电磁波可以在其夹层结构内进行多次反射，其最大屏蔽效能（SE）达到60.8 dB。引入磁性Fe3O4@MWCNTs后，电磁波吸收效率从14%大幅增加至45%，复合材料在8.2 GHz的反射率仅为4%，意味着吸收率高达96%。此外，这种复合材料在1000次重复弯曲后依旧显示出优异的电磁屏蔽稳定性，使其有望应用于精密电子设备和柔性可穿戴设备。相关研究以“Gradient structure silicone rubber composites for selective electromagnetic interference shielding enhancement and low reflection”发表于Compos. Sci. Technol.上。
图5. 填料梯度分布Ni@CF复合材料的电磁屏蔽性能
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https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109688
4 热电材料
1、J. Mater. Chem. A：通过锗掺杂增强Sb2Si2Te6的热电性能
热电材料可以直接将热能转化为电能，在废热回收中起着重要作用。Sb2Si2Te6是一种有希望用于发电的中温热电材料，然而其应用受限于较低的功率因数（PF）和在673 K温度左右时发生的相变。
最近，中国科学院大学等机构的研究人员通过掺杂锗（Ge）成功地提高了Sb2Si2Te6的功率因数。优化载流子浓度后，在473K-773K温度范围内，Sb2Si1-xGexTe6的功率因数始终高于1100 μW m-1 K-2，在773K时热电优值（zT值）最高，达到1.0。此外，通过三维数字模拟，对Sb2Si1.94Ge0.06Te6和Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01组成的单对（single-pair）热电模块的发电性能进行评估，在500 K的温差下，模拟的转换效率高达13%，功率密度可达3 W cm-2。这项工作表明Ge掺杂可以大幅提高Sb2Si2Te6的热电性能，进而改善其发电性能，也为其在中温范围的实际应用提供了可能。该研究成果以“Enhancing the thermoelectric performance ofSb2Si2Te6by germanium doping”发表于J. Mater. Chem. A上。
图6. Sb2Si1-xGexTe6的PF值及zT值
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https://doi.org/10.1039/D2TA05287C
2.Energy Environ. Sci. ：通过突破钠的溶解度极限以实现p型PbTe的优异热电性能
材料的热电性能与其载流子浓度密切相关。然而，掺杂剂在基质中的最大溶解度是提高载流子浓度的主要限制因素。由于实验上通常通过观察杂质相来计算溶解度，导致其数值往往偏低。
最近，北京航空航天大学等机构的研究人员在Pb1−yNayTe基质中引入AgInSe2后，大大提高了Na的溶解度。因为Na溶解度的提高有利于能带收敛，所以在873 K时，Pb0.95Na0.05Te–0.5%AgInSe2达到较大的功率因数（28.4 μW cm-1 K-2）。此外，随着Na含量的增加，特别是在高温下，晶格热导率将受到抑制，热电优值（ZT）因此大大提高。在773 K时，Pb0.95Na0.05Te–0.5% AgInSe2实现了约2.5的超高热电优值，在323-873 K温度范围内，ZT平均值约为1.5。这项研究证实通过打破掺杂组分的溶解度限制，可以同时优化材料的电学和热学性能以实现热电性能的增强。相关研究内容以“Breaking the sodium solubility limit for extraordinary thermoelectric performance in p-type PbTe”发表于Energy Environ. Sci.上。
图7. 通过突破钠的溶解度极限以实现p型PbTe的优异热电性能
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https://doi.org/10.1039/D2EE01421A
5 电子封装材料
1、IEEE Trans. Comp. Packag. Man. Tech.：硅芯片和镍/金电镀基板之间含树脂烧结银接头的热机械稳定性研究
以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带（WBG）半导体器件工作结温可超过200 ℃。含树脂的烧结银作为一种低弹性模量和热性能优异的芯片连接材料，广泛应用于大功率电子设备中。
近期，华南理工大学等机构的科研人员研究了在200℃和250℃老化条件下，镍/金电镀基板与含树脂烧结银接头的热机械稳定性。研究发现，在不同温度下，接头的断裂行为和相应的失效机制不同。在200°C老化条件下，剪切断裂发生在Ag基体内部，失效原因是Ag粗化将树脂挤入粘合界面。在250°C老化条件下，剪切断裂发生在树脂/固溶体界面，其失效机制是细小的Au颗粒导致了过量的Ag-Au扩散，形成Ag-Au固溶体的同时也消耗了大量的烧结银。这项研究有助于更好地了解含树脂烧结银的热可靠性。相关研究内容以“Thermo-mechanical Stability of Resin-added Sintered-Silver joints between Si Die and Ni-/Au-electroplated Substrate”发表于IEEE Trans. Comp. Packag. Man. Tech.上。
图8. 不同温度及时间下的Ag-Au界面情况
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https://doi.org/10.1109/TCPMT.2022.3197358
2、Compos. Part B：中空SiO2微粒改性的纳米织构氧化石墨烯对环氧树脂纳米复合材料力学和热学性能的协同作用
石墨烯及其衍生物已被研究人员广泛探索以改善环氧树脂的机械和热性能，不过，将GO与环氧树脂基体结合使用时仍然存在一些挑战。
最近，印度科学研究所的科研人员利用纳米SiO2对氧化石墨烯进行功能化改性，并用柔性中空SiO2微粒对其进行原位修饰，制得了纳米SiO2和中空SiO2微粒改性的氧化石墨烯（SGO-SiO2），并进一步利用SGO-SiO2作为增强剂，改善四官能环氧树脂纳米复合材料的机械性能和热性能。这种材料的独特结构防止了GO在干燥过程中以及与环氧树脂基体结合过程中的团聚。此外，由于颗粒的柔性和中空性，因此不会在基体中产生任何孔隙，并利于提高机械性能。与纯环氧树脂相比，添加0.75-1 wt% SGO-SiO2改性后的环氧树脂纳米复合材料在压缩、弯曲和断裂性能方面均提升超过40%。相关研究内容以“Synergistic effect of nanotextured graphene oxide modified with hollow silica microparticles on mechanical and thermal properties of epoxy nanocomposites”发表于Compos. Part B上。
图9. GO、中空SiO2微颗粒与环氧基体的化学相互作用机理
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https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110175