1 电介质材料

1、ACS Appl. Mater. Interfaces：通过稳定反铁电相和增强弛豫行为实现无铅(Bi0.9Na0.1)(Fe0.8Ti0.2)O3改性NaNbO3陶瓷的超高储能密度和高效率

介质电容器因在先进大功率和/或脉冲功率电子器件中的重要应用而受到越来越多的关注。然而，对于无铅电介质陶瓷来说，可恢复储能密度（Wrec>10 J/cm3）和效率（η>80%）的协同提高仍然是一个巨大的挑战。

最近，南京理工大学和南京航空航天大学的研究人员通过在NaNbO3基体（NN-BNFT）中引入具有较小容限因子的复合钙钛矿化合物（Bi0.9Na0.1）（Fe0.8Ti0.2）O3，获得了具有增强弛豫行为的稳定弛豫反铁电陶瓷。对0.88NN-0.12BNFT组分，致密的微观结构、中等的介电常数、减小的晶粒尺寸和介电损耗以及样品厚度等因素，导致了87.3 kV/mm的大击穿强度Eb、12.7 J/cm3的超高Wrec值和82.5%的高效率η，以及优异的热可靠性和超快的放电速度。这种NN-BNFT电介质材料卓越的储能性能使其在先进储能介质电容器中显示出巨大的应用前景。该研究成果以“Ultrahigh Energy Storage Density and High Efficiency in Lead-Free (Bi0.9Na0.1)(Fe0.8Ti0.2)O3-Modified NaNbO3 Ceramics via Stabilizing the Antiferroelectric Phase and Enhancing Relaxor Behavior”发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。

图1. 通过稳定反铁电相和增强弛豫行为实现无铅(Bi0.9Na0.1)(Fe0.8Ti0.2)O3改性NaNbO3陶瓷的超高储能密度和高效率

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c02086

2、J. Mater.  Chem.  C：用于高温电容储能的CaCu3Ti4O12纳米线/聚醚酰亚胺纳米复合材料界面绝缘层特性的调节

大量研究证实，在高介电常数纳米填料表面包覆绝缘壳层可以有效提高聚合物基电介质纳米复合材料的储能性能。然而，目前还缺少壳层绝缘性的变化如何影响介电性能方面的研究。

近日，华东理工大学的研究人员选择了三种具有不同带隙的无机氧化物，包括SiO2（SO）、HfO2（HO）和TiO2（TO），作为CaCu3Ti4O12纳米线（CCTO NWs）的外壳层。通过将纳米线添加到聚醚酰亚胺（polyetherimide，PEI）基体中，制备得到聚合物纳米复合材料。绝缘壳层不仅可以抑制自由电荷迁移，还可以减轻纳米复合材料中的电场畸变，从而显著降低介电损耗，提高击穿强度。壳层的带隙越大，性能越突出。高绝缘壳层使纳米复合材料能够实现更高的放电能量密度（Ud）。在350 MV m-1的电场下，纳米复合材料的Ud值（15 vol% HO@CCTO NWs/PEI）达到5.4 J cm-3，约为纯PEI（1.9 J cm-3）的285%。此外，核壳结构的CCTO/PEI纳米复合材料表现出更优异的介电热稳定性，展现出作为高温介电材料的潜力。该研究工作以“Tuning the Interfacial Insulating Shell Characteristics in CaCu3Ti4O12 Nanowires/Polyetherimide Nanocomposites for High-Temperature Capacitive Energy Storage”发表于J. Mater. Chem. C上。

图2. 放电能量密度和充放电效率

论文链接：https://doi.org/10.1039/D2TC00968D

2 热管理材料

1、J. Mater.  Chem.  C：液态金属桥接球形BN大幅提高热界面材料的导热性能和机械性能

随着先进微电子设备的迅速发展，人们迫切需要具有高导热系数和优异力学性能的热界面材料。通常情况下，在聚合物中添加传统的导热填料会导致热界面材料的力学性能变差。

最近，深圳大学和深圳先进电子材料国际创新研究院的研究人员采用液态金属（liquid metal，LM）作为辅助填料填充球形氮化硼（spherical boron nitride，SBN）聚合物热界面材料。由于液态金属桥接了分布在“岛”中的球形氮化硼，热界面材料获得了高导热性（4.00 W m−1K−1，提高227.66%）和优良的力学性能（断裂伸长率198.96%，提高81.24%）。结果表明，液态金属作为一种柔性填料，不仅可以取代刚性填料，通过表面接触降低填料之间的接触热阻，而且在一定程度上改善了力学性能，突破了传统刚性填料的缺陷，为热界面材料的未来发展提供了思路。这项研究工作以“Liquid bridge: liquid metal bridging spherical BN largely enhances the thermal conductivity and mechanical properties of thermal interface materials”发表于J. Mater. Chem. C上。深圳先进电子材料国际创新研究院热管理材料研究中心在读硕士研究生李俊鸿为第一作者，任琳琳副研究员为共同通讯作者。

图3. 开发的新型热界面材料在芯片热管理上的应用展示

论文链接：https://doi.org/10.1039/D2TC00099G

3 电磁屏蔽材料

1、Nano-Micro Lett.：评述文章——聚合物基电磁屏蔽复合材料的开发

航空航天武器装备、无线基站和5G通信技术的飞速发展对聚合物基电磁干扰屏蔽复合材料的综合性能提出了更新、更高的要求。然而，目前制备的大多数聚合物基电磁屏蔽复合材料仍然难以将高性能和多功能性结合起来。

最近，西北工业大学的研究人员发表评述文章，基于相关研究工作，提出了突破上述瓶颈的三个可能方向，包括构建高效的导电网络、面向轻量化的多界面优化以及多功能兼容性设计，并展望了三个方向的未来发展趋势。该观点可为聚合物基电磁屏蔽复合材料的制备、研究和开发提供一定的理论依据和技术指导。该评述文章以“A Perspective for Developing Polymer-Based Electromagnetic Interference Shielding Composites”发表于Nano-Micro Lett.上。

图4. 聚合物基电磁屏蔽复合材料的开发

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-022-00843-3

4 热电材料

1、Matter: 热电半导体PbTe中纳米孪晶诱导的塑性机制

具有最低界面能的共格孪晶界（Coherent twin boundaries，CTB）提供了一个强大的声子-CTB散射源，可抑制晶格热导率（这是热电性能所需的），但其对PbTe力学性能的影响尚不清楚。

近日，武汉理工大学等机构的研究人员沿（111）平面构建了以Pb或Te端接CTB（Pb-CTB或Te-CTB）的纳米孪晶结构，并利用分子动力学模拟研究了结构演化。研究发现，Pb-CTB削弱了Pb-Te离子键，在CTB处产生了一个易位错源。由于剪切载荷驱动下Pb-CTB平面上部分位错的形核和运动，Pb-CTB逐渐迁移到Te-CTB，并伴随着Pb-Te键的断裂和重新形成。这种“捕捉键”保持了结构的完整性，同时显著提高了纳米PbTe的变形能力。位错从Te-CTB向孪晶层移动，导致结构滑移和断裂。这些发现为通过TB工程改善PbTe基半导体的延展性提供了理论策略。该研究工作以“Nanotwin-induced ductile mechanism in thermoelectric semiconductor PbTe”发表于Matter上。

图5. 热电半导体PbTe中纳米孪晶诱导的塑性机制

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.03.010

5 电子封装材料

1、J. Electron. Pkg.：六方氮化硼/环氧树脂和BNNS/环氧树脂复合材料对倒装芯片可靠性的影响

在电热-机械耦合作用下，电子器件容易发生失效和性能退化，这已成为微电子封装中一个重要的可靠性问题。

近期，中南大学的研究人员报道了利用热界面材料提高倒装芯片可靠性的方法。首先，建立了倒装芯片封装系统的三维有限元模型，并对电热力多场耦合进行了有限元模拟。然后，分析了高电流密度下倒装芯片的焦耳加热、温度分布、热应力和变形。同时，研究了热界面材料的导热系数和工作电流对倒装芯片可靠性的影响。结果表明，当热界面材料的导热系数从0.2 W/m·K增加至6 W/m·K时，倒装芯片的最高温度和最大等效应力降低了6.35 ℃和14.6 MPa。研究团队在高电流密度下对连接到散热器上的倒装芯片进行了可靠性实验，得到了不同热界面材料下倒装芯片的温度变化。通过结合实验和仿真，分析了热界面材料对倒装芯片可靠性的影响。结果表明，当热界面材料的导热系数为0.2 W/m·K、3 W/m·K、6 W/m·K时，倒装芯片系统的对应温度为111.2℃ 、105.0℃ 、102.7℃ 。使用所制备的高导热性氮化硼纳米片/环氧树脂复合材料，电子设备的可靠性和使用寿命得到了有效提高。该研究工作以“Effect of Hexagonal-Boron Nitride/Epoxy and BNNS/Epoxy Composite Materials on the Reliability of Flip Chip”发表于J. Electron. Pkg.上。

图6. 倒装芯片中的等效应力分布

论文链接：https://doi.org/10.1115/1.4051468

2、Polymer Deg. Stabil.：循环湿热老化下环氧树脂准静态和动态拉伸行为的实验研究

航空中使用的纤维增强聚合物（Fiber-reinforced polymer，FRP）结构通常暴露在循环湿热环境中，在这种环境中，它们可能受到威胁飞行安全的冲击载荷。尽管湿热老化对FRP力学性能的影响已被广泛探讨，但很少有人讨论复合材料在长期湿热老化后的冲击诱导行为，也几乎没有任何研究考察湿热老化后纯环氧树脂应变率的影响。

近日，南京航空航天大学的研究人员首次考察了TDE86环氧树脂在循环湿热老化下的准静态和动态拉伸性能。树脂试样老化0、1、7、14、28、56、70和140天，分别代表未老化、使用一个月、六个月、一年、两年、四年、五年和十年的样品。测试时的应变率范围为7.5 × 10−6 s−1到1000 s−1，由此得出吸湿规律、裂纹诱导损伤的演化过程以及试样的粘弹性行为，包括湿热效应和环氧树脂的应变率效应。这些信息可用于基于微观力学方法预测FRP的湿热行为。相关研究内容以“Experimental study of quasi-static and dynamic tensile behavior of epoxy resin under cyclic hygrothermal aging”发表于Polymer Deg. Stabil.上。

图7. 不同吸湿率下平均应变率为1000 s-1时的应力-应变曲线

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2022.109940

3、IEEE Trans. Comp. Pkg. Man. Tech.：带SAW滤波器的扇出型晶圆级封装翘曲的实验和数值研究

扇出型晶圆级封装（Fan-Out wafer level package，FOWLP）技术是声表面波（surface acoustic wave，SAW）滤波器封装的理想方案，因为它有可能在晶圆的任何收缩模式（shrink pattern）下实现大量标准间距的互连。然而，在工艺过程中预测晶圆翘曲是一个棘手但有指导意义的问题。

近日，厦门大学的研究人员研究了不同封装工艺中晶圆翘曲的演变，并改进了带有SAW滤波器的FOWLP的翘曲控制方案。通过结合复合材料的细观力学模型和横向各向同性模型（transversely isotropic model），对固化变形进行了研究，同时考虑到LiTaO3的各向异性热膨胀系数（CTE），开展了实验和模拟分析，以揭示工艺、结构和材料效应对翘曲的影响。研究团队还提出了一种新的实验工艺，以减少亚毫米级芯片严重失配的影响。该方法得到的理论模拟结果与翘曲试验结果一致，可将8英寸晶圆的翘曲度控制在2毫米以内。相关研究工作以“Experimental and Numerical Investigations of the Warpage of Fan-Out Wafer-Level Packaging with SAW Filters”发表于IEEE Trans. Comp. Pkg. Man. Tech.上。

图8. 模拟（左）与测量（右）结果对比

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9751102

文字 | 战略研究办

编辑 | 宣传办