1 电介质材料

1、ACS Nano：聚合物纳米复合介电材料——了解基体/颗粒界面

聚合物纳米复合介电材料具有原始聚合物介电材料所不具备的卓越电学性能，在这类材料中，基体/颗粒界面对块状材料的性能起决定性作用。

近日，清华大学等机构的科研人员发表综述文章，介绍了关于聚合物纳米复合介电材料中基体/颗粒界面特性的最新研究进展，深入剖析了用于研究基体/颗粒界面构效关系的重要实验方法和先进表征技术，同时评估了每种实验方法的局限性。作者从多个方面总结比较了三种实验策略的优缺点，指出了各自存在的关键问题并提出可能的解决方案，为今后界面研究指出了潜在的方向。该综述文章以“Polymer Nanocomposite Dielectrics：Understanding the Matrix/Particle Interface”发表于ACS Nano上。

图1. 界面研究的三种主要实验策略示意图

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07404

2、Adv. Funct. Mater.：超低k介电有机硅酸盐玻璃中塑性驱动电导率下降的证据

用于微电子、能量储存、电源等领域的先进器件是金属和电介质组成的复杂结构，嵌入式电介质的可靠性取决于它们在泄露和击穿时保持其电气特性的能力。因此，了解介电薄膜的机械和电学行为之间的相互作用，对于预测功能器件的寿命至关重要。

最近，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的研究人员结合原位先进实验和有限元模拟，阐明了塑性变形对超低k介电薄膜导电性的影响。研究团队通过“电纳米压痕”测试证实了电学失效和力学失效（泄漏退化、击穿、塑性、开裂）之间的强烈相关性，还发现了高机械应力下反直觉的电导率下降。对机械生成的缺陷处空穴俘获引起的空间电荷堆积进行分析后，确定了阈值应变是联系电介质内部机械应变相关电导与电流线分布的关键。这项工作对电介质中的机械/电气耦合提供了新的理解，为解决先进器件的可靠性问题提供了新的方案。相关研究工作以“Evidence of Plasticity-Driven Conductivity Drop in an Ultra-Low-k Dielectric Organosilicate Glass”发表于Adv. Funct. Mater.上。

图2.电纳米压痕实验示意图

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202207354

2 热管理材料

1、Adv. Mater.：块体环氧树脂中有机纤维的多级螺旋结构导致三维高热导率

聚合物通常被认为是热绝缘体，然而定向纤维和薄膜的热导率却显著提高。由于空间界面声子-热导势垒的存在，将聚合物的线性热传输优势扩展到块状材料仍然具有较大挑战。

近期，四川大学等机构的研究人员受原胶原（tropocollagen）结构的启发，发现将具有螺旋结构的多级排列的聚对苯撑苯并双恶唑（PBO）纤维编织到环氧树脂基体中，可以产生三维的连续导热通路，并实现了10.85 W m-1 K-1的面间热导率和7.15 W m-1 K-1的面内热导率。良好的热导率不仅归因于PBO的多级分子、螺旋和编织结构，还归因于带有重叠声子态密度的非晶链，这些结构能够将PBO纤维中相邻的高热导率晶体桥接在一起，从而使高热导率PBO晶体之间的界面热阻被抑制在10-10 m2 K W-1量级。该材料还具有一些其他优点，如重量轻、机械强度高、柔韧且不易燃等。这种材料为有机聚合物在高性能热管理方面的应用创造了机会。该研究以“Tropocollagen-Inspired Hierarchical Spiral Structure of Organic Fibers in Epoxy Bulk for 3D High Thermal Conductivity”发表在Adv. Mater.上。

图3. 原胶原及PBO纤维的多级螺旋结构示意图

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https://doi.org/10.1002/adma.202206088

3 电磁屏蔽材料

1、Nano-Micro Letters：用于吸收主导型电磁屏蔽的具有杂化碳纳米填料的高柔性织物/环氧树脂复合材料

环氧基纳米复合材料因其轻质、化学惰性和机械耐久性而成为理想的电磁干扰（EMI）屏蔽材料。然而，环氧树脂的低导电性和脆性阻碍了其在便携式和柔性电磁屏蔽材料方面的应用，例如智能腕带、医用布、航空航天和军事设备等。

近日，韩国仁荷大学的研究人员报道了一种单壁碳纳米管（SWCNT）/还原氧化石墨烯（rGO）杂化碳纳米填料作为导电剂，聚酯织物（PFs）作为基体的柔性电磁屏蔽复合材料。这种SWCNT/rGO/PF/环氧复合材料的最高电导率和断裂韧性分别为30.2 S m−1和38.5 MPa m1/2，与不含SWCNT的材料相比，分别提高了约270%和65%。此外，该材料还具有优异的机械耐久性，电导率在1000次弯曲循环实验中保持稳定。厚度为0.6 mm的样品在频率为8.2–12.4 GHz的X波段下，电磁屏蔽效能约为41 dB，吸收系数超过0.7，意味着电磁吸收行为占主导。这项研究为研发柔性和高耐久性的电磁屏蔽复合材料提供了参考。研究论文以“Highly Flexible Fabrics/Epoxy Composites with Hybrid Carbon Nanofillers for Absorption-Dominated Electromagnetic Interference Shielding”发表于Nano-Micro Letters上。

图4. SWCNT/rGO/PF/环氧复合材料的微观结构及电磁屏蔽机理示意图

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https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-022-00926-1

4 热电材料

1、ACS Appl. Mater. Interfaces：一种新型n型热电材料Y2Te3

热电（TE）器件的效率很大程度上取决于热电优值zT，而实现更高zT值的途径往往是降低热导率k。稀土硫族化合物由于其较低的晶格导热率（kL）和可以通过阳离子空位调节的载流子浓度，已经作为高温热电材料被广泛研究。

最近，美国西北大学等机构的研究人员报道了一种有应用前景的n型热电材料——Y2Te3，这是一种具有类岩盐型（rocksalt-like）空位有序结构的稀土硫族化合物。通过对Y2Te3的传输特性、热电性能优化和掺杂特性等进行计算评估后发现：在Y2Te3掺杂到最优的1–2 × 1020 cm–3电子浓度时，可以获得大于1的最大zT值。缺陷计算表明，Y2Te3在富Y生长条件下是n型可掺杂的，抑制了类受体阳离子空位的形成。另外还发现，可以使用卤素（Cl、Br和I）实现最优n型掺杂，其中I是最有效的掺杂剂。这些研究结果以“Y2Te3 : A New n-Type Thermoelectric Material”发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。

图5. Y2Te3的类岩盐斜方晶体结构和费米面

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https://doi.org/10.1021/acsami.2c12112

5 电子封装材料

1、Prog. Mater. Sci.：环氧树脂的韧性及其改性机理研究

环氧树脂作为基体树脂广泛应用于各种复合材料，然而环氧树脂的一些固有特性如抗疲劳特性差、抗冲击性差以及韧性和强度之间的相互制约等，严重阻碍了其进一步应用。

近日，中南民族大学的研究人员发表综述文章，介绍了环氧树脂的增韧方法和相关机制以及韧性的表征分析技术的最新发展情况。作者认为，作为典型的均质韧性材料，超支化聚合物（hyperbranched polymers）特别是超支化环氧树脂（HERs）可以理想地解决环氧树脂韧性和强度的制约问题，因为HERs可以均匀地增韧和增强双酚A型二缩水甘油醚（DGEBA），并促进DGEBA的降解。此外，由于它们具有优异的相容性、润湿性和低粘度，可以在组分之间表现出强烈的界面相互作用。这些研究对环氧树脂在高性能、高科技领域的各种新型应用提供了指导。该综述文章以“Toughness and its mechanisms in epoxy resins”发表于Prog. Mater. Sci.上。

图6. 环氧树脂的各种微观、宏观形态示意图

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https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100977

2、J. Mater. Chem. C：聚合物基复合材料的导热——基本原理、研究进展与阻燃/抗电磁干扰设计

随着芯片集成度和功率密度的快速提高，要求电子封装材料具有优异的导热性、阻燃性和抗电磁干扰性能。然而，大多数聚合物导热性低、电磁透过率高且易燃。因此，聚合物基电子封装材料的导热性、阻燃性和抗电磁干扰性能都急待提高。

最近，华中科技大学的研究人员对聚合物基复合材料的导热机理和提高其热导率的新方法（如构建三维导热网络）进行了总结。此外，还总结了这些高导热聚合物基复合材料的抗电磁干扰和阻燃机理及其最新研究进展，例如，将碳材料与陶瓷进行复合以实现导热性和抗电磁干扰性的提高，或利用氮磷化合物对陶瓷进行改性以提高材料的导热性和阻燃性。这些研究有助于解决下一代电子器件对于具有高导热性、阻燃性及抗电磁干扰性能的聚合物基复合材料的迫切需求。该综述文章以“Thermally conductive polymer-based composites: fundamentals, progress and flame retardancy/anti-electromagnetic interference design”发表于J. Mater. Chem. C上。

图7. 聚合物基复合材料的多功能化发展趋势及特性要求

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https://doi.org/10.1039/D2TC03306B

3、IEEE Trans. Comp. Pack. Man. Tech.：UCIe——一种封装级小芯片创新的开放性行业标准

Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) 是一种行业互连标准，在这个标准下开发出一套开放的小芯片（Chiplet）生态系统，目的是为了让不同供应商生产的小芯片在不同地方可以互相配合使用并封装在一起。

近日，美国英特尔公司的研发人员深入探讨了该团队开发的UCIe 1.0规范中，所采用的架构、电路、通道和封装等方面内容，展示了其在通道和电路实现等方面的相关研究成果。小芯片的系统封装可以克服光刻制程的限制以实现更好的性能。例如，计算核心可以在某个制程节点实现，而内存和输入/输出（I/O）控制器等结构功能也可以重新利用同样的制程节点，这样的功能区分一方面可以降低芯片的尺寸，从而提高产量；另一方面，不需要为不同功能提供不同的芯片设计，可以根据特定产品需求，选择使用不同数量的计算、内存、I/O以及加速器芯片，从而降低设计、验证和产品成本。目前UCIe已经在英特尔Sapphire Rapids CPU上实现应用，为异构芯片之间的高带宽、低延迟、节能和经济性封装互联提供了解决方案。该文章以“Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe)®: An Open Industry Standard for Innovations with Chiplets at Package Level”发表于IEEE Trans. Comp. Pack. Man. Tech.上。

图8. 基于UCIe的小芯片开放式生态系统：封装中的平台

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DOI: 10.1109/TCPMT.2022.3207195