1 电介质材料

1、Ceramics International：晶粒尺寸均匀性对减少超薄BaTiO3基MLCC直流衰减和提高其可靠性的重要性

多层陶瓷电容器（MLCC）作为应用最广泛的无源电子元件之一，由于其优异的铁电、介电和压电性能，在卫星天线、电子车辆、计算机、智能手机和其他现代电子设备的内部电路中发挥着重要作用。目前，随着5G通信网络和电动汽车的快速发展，迫切需要超薄MLCC在各种直流偏压和频率下具有优异介电性能和优越可靠性。

最近，深圳先进电子材料国际创新研究院、清华大学和广东风华高新科技股份有限公司的研究人员讨论了晶粒尺寸均匀性在超薄介电层中的重要作用，并指出了在BaTiO3基超薄多层电容器中获得高直流特性和可靠性的途径。该团队成功制造出具有不同晶粒尺寸的超薄（约1 μm厚度）X5R BaTiO3基MLCC。结果表明，由于直流偏置场增大时较低比例的不可逆畴壁运动导致的更低空间电荷极化和更小介电损耗，平均晶粒尺寸为（240±76）nm的MLCC芯片在不同频率下表现出更高的温度稳定性。并且，均匀结构样品中晶界的高密度和氧空位浓度可以有效提高击穿强度。因此，具有均匀结构的样品表现出4900的高介电常数、63.74 MΩ的高电阻率和6426 h的理论寿命。这项工作以“Importance of uniformity of grain size to reduce dc degradation and improve reliability of ultra-thin BaTiO3-based MLCCs”发表于Ceramics International上。深圳先进电子材料国际创新研究院电介质材料研究中心在读硕士研究生蒋坤伦为该论文的第一作者，张蕾副研究员为共同通讯作者。

图1. 超薄MLCC芯片的介电性能与显微形貌

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.06.271

2、Small：通过层状结构优化策略提高无铅陶瓷的储能性能

目前对介电电容器的研究主要集中在薄膜、聚合物基厚膜和块体陶瓷上。相比之下，块体陶瓷表现出优异的热稳定性，使其更适合在各种环境中使用。但是，大部分无铅陶瓷能量密度和效率较低。

近日，同济大学的科研团队使用流延法成功地制备了具有层状结构的无铅陶瓷。优化层状结构分布后，极化和Emax同时得到提高，达到了令人满意的Wrec(≈7 J cm-3) 和接近理想的η(≈95%)。此外，在1-100 Hz频率范围和104疲劳循环内，Wrec值的浮动低至±3%，并且η值在30-160℃温度范围内始终高于88%，表明储能性能具有出色的稳定性。这种层状结构为提高介质电容器在高储能应用中的性能提供了一种优化策略。相关研究以“Boosting Energy Storage Performance of Lead-Free Ceramics via Layered Structure Optimization Strategy”发表于Small上。

图2. 实现优异储能性能的分层结构优化策略示意图

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202202575

2 热管理材料

1、IEEE Trans.  Comp.  Packag.  Man.  Tech. ：铝填料原位改性对凝胶热界面材料流变性能和热阻的影响

低热阻是实现热界面材料（TIM）高散热效率的关键。然而，大多数研究只关注如何提高凝胶的导热性，却忽略了热阻，而热阻受流变特性的显著影响。

近期，深圳先进电子材料国际创新研究院等机构的研究人员通过比较六种改性剂在改善铝填料与硅油相容性方面的能力，揭示了原位改性铝填料对凝胶流变性能和热阻的影响。流变学结果表明，用0.170 wt%十二烷基三甲氧基硅烷（dodecyl trimethoxysilane）改性的凝胶TIM具有最佳的流变性能，包括最低的粘度和屈服应力、最弱的佩恩效应（Payne effect）和最短的松弛时间。对热阻的测量进一步证实凝胶TIM的厚度（bond line thickness）和热阻由流变性能决定。该工作为凝胶TIM的配方设计和工艺优化提供了参考。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”发表于IEEE Trans. Comp. Packag. Man. Tech.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张晨旭助理研究员为该论文的第一作者，曾小亮副研究员和任琳琳副研究员为共同通讯作者。

图3.通过铝的原位改性制备凝胶TIM示意图

论文链接：DOI: 10.1109/TCPMT.2022.3192023

2、Composites Part A ：构建聚氨酯@聚多巴胺框架支持的可压缩双导热氮化硼网络以改进热管理性能

作为电子器件中常见的导热材料，聚合物基复合材料往往需要添加导热填料以提高导热系数。但是，过量的填料会降低材料的力学性能，严重影响实际应用。

近日，浙江理工大学的研究人员报道了一种聚合物基导热复合材料的制备方法。首先通过简单的表面改性和水性浸渍涂层方法制备了聚氨酯@聚多巴胺@氮化硼（PU@PDA@BN，FPB）骨架，然后通过聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）真空封装获得了FPB/PDMS复合材料。该复合材料包含由宏观和微观网络组成的双重导热网络，3D双导热网络的构建形成了更加丰富和完整的导热路径，从而具有更高的导热性。这种FPB/PDMS复合材料的热导率达到0.70 W m-1K-1（BN填充量为3.80 vol%时），导热增强达到367%，韧性达到80.00 J m-3，实现了导热性能和力学性能的协同提升。同时，该复合材料作为热界面材料可以有效散热，具有热管理应用前景。相关研究以“Construction of compressible dual thermally conductive boron nitride network supported by Polyurethane@Polydopamine skeleton for improved thermal management performance”发表于Composites Part A上。

图4. FPB/PDMS复合材料的导热性和韧性

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.107104

3、J. Appl.  Polymer  Sci. ：通过预构建导热网络实现具有高各向同性导热率的球形氮化硼/硅橡胶复合材料聚合物基体和填料之间的高界面热阻是影响其导热性的主要问题。

近日，四川大学的研究人员使用压制填料的简单方法，在填充基质硅橡胶（SR）之前，预先构建各向同性的球形氮化硼导热网络，以降低界面热阻。结果显示，在添加50 wt%的填充物时，球形氮化硼/硅橡胶复合材料的跨平面和面内导热系数分别达到9.36和7.82 W/（m·K）。同时，该复合材料的热分解温度比硅橡胶高47.2°C，并且具有硬度低、可弯曲和折叠的特点，可用于替代传统的导热硅垫。相关研究工作以“Spherical boron nitride/silicone rubber composite with high isotropic thermal conductivity via pre-constructing thermally conductive networks”发表于J. Appl. Polymer Sci.上。

图5. 球形氮化硼/硅橡胶复合材料的导热性能

论文链接：https://doi.org/10.1002/app.52901

3 电磁屏蔽材料

1、ACS Appl. Mater. Interfaces : 用于高性能电磁干扰屏蔽和红外隐身的高度取向MXene/纤维素纳米纤维复合薄膜的流变引导组装

作为一类新兴的二维材料，过渡金属碳化物和氮化物MXene由于其金属导电性和各种功能，被广泛认为是有前途的电磁屏蔽和红外隐身材料。

近日，四川大学的研究人员采用具有高纵横比的一维纤维素纳米纤维（cellulose nanofibers， CNFs）作为MXene/CNF胶体的增强剂和流变改性剂，获得了取向MXene基复合材料。结果显示，通过剪切诱导方法得到的高度取向结构使复合材料的电导率显著增强，达到46685 S/m，抗拉强度为281.7 MPa，杨氏模量为14.8 GPa。此外，这种具有取向结构的超薄薄膜还具有出色的电磁屏蔽效果（38.1 μm时为50.2 dB）和红外隐身性能（辐射系数0.562），使其有望在屏蔽及隐身领域得到应用。相关研究内容以“Rheology-Guided Assembly of a Highly Aligned MXene/Cellulose Nanofiber Composite Film for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding and Infrared Stealth”发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。

图6. 具有电磁干扰屏蔽和红外隐身性能的高度取向MXene/纤维素纳米纤维复合薄膜

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c11292

4 热电材料

1、Mater. Sci. Semi. Proc. ：优化热电优值的挑战与策略

热电材料被认为是将废热转化为有用电能等应用领域中最有前途的材料。几十年来，学术界提出了一系列有效的新策略和机理，不断优化热电材料的热电优值。

最近，台湾阳明交通大学的研究人员发表综述文章，论述了热电参数之间的平衡对于优化热电优值zT是必不可少的。文章指出，在一定程度上，命中试验法（hit and trial method）可以有效地优化热电性能。在电子能带工程中，能带会聚、带隙的弯曲度或有效质量控制显著优化了功率因数。类似地，多级散射和低维技术是降低热导率的有效策略。为了优化热电优值，最好更多地关注晶格热导率部分而不是其他热电参数。为此，其中一种方法是在样品中引入散射所有波长声子的不同尺度的缺陷。文章预测，如果能将zT值提高到3.0的阈值，热电材料领域将迎来一场革命。该综述论文以“Challenges and strategies to optimize the figure of merit: Keeping eyes on thermoelectric metamaterials”发表于Mater. Sci. Semi. Proc.上。

图7. 2000年以来最先进的热电材料的热电优值

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106944

5 电子封装材料

1、Composites Science and Technology ：基于夹层结构烃类树脂/取向氮化硼复合材料获得具有高热导率和低介电损耗的的柔性基板

高频和高速电子设备的柔性电路板材料往往需要具有低介电常数（εr）、低介电损耗（tanδ）和高热导率（TC）。

近期，浙江大学等机构的研究人员设计了一种夹层结构，通过热压方法将六方氮化硼（h-BN）片填充到高弹性苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（styrene ethylene butylene styrene，SEBS）基体中并沿面内方向取向，利用纯环烯烃共聚物（cyclic olefin copolymer，COC）薄膜作为外表面层，SEBS/h-BN薄膜作为中间层得到夹层结构。COC薄膜的引入降低了SEBS/h-BN薄膜的tanδ和吸水率，使这种三明治结构的SEBS/COC/BN复合薄膜同时表现出低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%）。相关研究成果以“Flexible substrate based on sandwich-structure hydrocarbon resin/aligned boron nitride composites with high thermal conductivity and low dielectric loss”发表于Composites Science and Technology上。

图8. 基于夹层结构烃类树脂/取向氮化硼复合材料获得具有高热导率和低介电损耗的的柔性基板

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109654

图文 | 战略研究办公室

编辑 | 宣传办