
上海有機所在本征低介電-高導熱聚合物研究中取得進展
高頻通信和人工智能的迅速發(fā)展推動了微電子器件向著高速傳輸,集成化和小型化方向發(fā)展。然而,電子器件性能的提升也同時帶來了電子串擾、阻-容延遲和熱量積累等問題。為了解決這些問題,需要電介質材料具有低介電常數(shù)(Dk)和低介電損耗(Df)以及高導熱率,以確保信號傳輸?shù)乃俣群唾|量,并同時提高散熱性,延長器件的使用壽命。然而,如何實現(xiàn)材料兼具低介電和高導熱的特性仍是一大挑戰(zhàn)。中國科學院上海有機化學研究所房強課題組長期開展低介電常數(shù)材料的研究,近期在Advanced Materials雜志發(fā)表題為Enhancing Thermal Conductivity in Low Dielectric Polybutadiene via a Liquid Crystal Ordering Effect (https://doi.org/10.1002/adma.202517027) 的論文,利用液晶有序效應提升了聚丁二烯的導熱性能,制備了導熱性能良好的低介電液晶聚合物。

圖1. ST38PB薄膜的示意圖及其潛在應用
在這項工作中,該團隊合成了一種含有三聯(lián)苯、長烷基鏈和苯乙烯端基的液晶分子ST38,并將其在聚丁二烯中交聯(lián)形成液晶聚合物ST38PB。在高溫處理下,ST38可自組裝形成有序的層狀液晶疇,并且該轉變與苯乙烯基團的交聯(lián)反應接連發(fā)生,從而在高溫下鎖定液晶排列。特別的是,液晶疇表現(xiàn)出卓越的熱穩(wěn)定性,在260 ℃時仍能保持其結構完整性。ST38PB具有優(yōu)良的本征導熱系數(shù) (λ),其面內λ值為0.62 W·m-1·K-1,是原始PB (0.18 W·m-1·K-1) 的3.4倍。此外,它還表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能,在10 GHz條件下Dk=2.40和Df =3.3×10-3。ST38PB薄膜還具有良好的柔韌性、熱穩(wěn)定性和疏水性,該獨特的綜合性能使其可作為芯片散熱材料或絕緣介質材料,在微電子封裝,高頻高速PCB制造等方面極具應用潛力。該工作為開發(fā)兼具高導熱和低介電性能的液晶-碳氫聚合物提供了一種新策略。同時,可擴展用于制備其他基于液晶的高熱導低介電聚合物,以滿足高溫加工應用的苛刻要求。
本研究第一作者為石镕睿研究生,通訊作者為房強研究員,孫晶研究員。上海大學賈林副研究員為液晶結構的解析提供了支持。本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項及上海市科委的大力資助。
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