1 电介质材料

1、Nature Electronics：由无机分子晶体薄膜制成的晶圆级范德华电介质

范德华电介质，如六方氮化硼，广泛用于保持电子器件中二维半导体的固有特性。然而，在晶圆规模上制造这些材料并将其与二维半导体集成是一项挑战，因为它们的合成通常需要机械剥离或气相沉积工艺。

最近，华中科技大学的研究人员报道了一种通过热蒸发沉积制备三氧化二锑（Sb2O3）无机分子晶体薄膜，从而在晶圆尺度上制造高κ范德华电介质的方法。使用这种电介质材料作为衬底的单层二硫化钼（MoS2）场效应晶体管表现出比使用SiO2基片时增强的电子迁移率（26 cm2 V−1s−1至145 cm2 V−1s−1）和更低的传递曲线回路。由Sb2O3薄膜直接选通的MoS2晶体管可以在0.8 V电源电压下工作， 开/关比为108，300 K时的亚阈值摆幅为64mVdec-1。该研究工作以“A wafer-scale van der Waals dielectric made from an inorganic molecular crystal film”发表于Nature Electronics上。

图1. Sb2O3薄膜的介电性能

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41928-021-00683-w

2、J. Eur.  Ceram. Soc.：Mg1.8R0.2Al4Si5O18堇青石微波介质陶瓷的介电性能及其在5G微带贴片天线中的应用

5G/6G通信技术的发展对微波介质陶瓷的性能提出了更高的要求，包括低介电常数（εr）、高品质因数（Q×f）和近零谐振频率温度系数（τf），这对于超高传输速度和温度稳定性至关重要。此外，还需要考虑重量和成本问题。

最近，杭州电子科技大学的研究人员研究了二价离子对Mg1.8R0.2Al4Si5O18堇青石陶瓷介电性能的影响，利用络合物化学键理论、拉曼光谱和红外反射光谱研究了碱土金属和过渡金属二价元素掺杂堇青石陶瓷的结构特征、振动模式和微波介电性能之间的关系。其中，Mg1.8Ni0.2Al4Si5O18微波介质陶瓷体系表现出4.53的εr值，61880 GHz的Q×f值和-32 ppm/℃的τf值。使用其作为基板设计并制作了中心频率为4.91 GHz的5G-sub 6G贴片天线，其增益为5.83 dBi，效率为76%，这使得这种材料有望应用于5G/6G毫米波通信技术。该研究工作以“Microwave dielectric properties of Mg1.8R0.2Al4Si5O18(R = Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Ni, Cu, Zn) cordierite ceramics and their application for 5G microstrip patch antenna”发表于J. Eur. Ceram. Soc.上。

图2. 使用微波介质陶瓷作为基板制作的天线的性能

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.050

2 热管理材料

1、Composites Part A：氮化硼亚微米管的可控合成及其在环氧树脂-聚合物复合材料中的优异力学性能和导热性能

电子元件集成度提高和小型化导致功率密度显著增加，热量迅速积累，对电子设备的可靠性产生严重影响。提高电子封装材料的导热系数已成为近年来的研究热点。环氧树脂等聚合物材料由于其优异的机械性能、较长的使用寿命和优异的防潮/耐腐蚀性，在电子工业中被广泛用作粘合剂、涂料和封装材料。目前，用导热绝缘填料填充聚合物基体是提高聚合物导热性能的常用方法。在众多导热填料中，六方氮化硼（BN）具有优异的导热性能（面内导热系数高达600 W·m−1K−1）和出色的热稳定性（在空气中高达1000℃）。

最近，桂林理工大学的研究人员及其合作者提出了一种以硼酸镁晶须为刚性模板可控合成新型氮化硼亚微米管的方法。结果表明，氮化硼亚微米管的平均内径为0.6 μm，管长为5-30 μm，表面负载有丰富的氮化硼纳米片。研究人员确定了这种氮化硼亚微米管的生长机理，并制备了亚微米管/环氧树脂复合材料。结果显示，在1 wt%的低含量下，复合材料的拉伸强度比纯环氧树脂高281.4%。当含量为2 wt%时，其导热系数增加312%。该研究工作以“Controllable synthesis of boron nitride submicron tubes and their excellent mechanical property and thermal conductivity applied in the epoxyresin polymer composites”发表于Composites Part A上。

图3. 复合材料的面外热扩散率和热导率随BNSR质量分数的变化

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106783

3 热电材料

1、Adv. Energy Mater.：在GeTe中通过NaSbTe2合金化同时抑制Ge空位和带隙剪裁实现高热电性能

GeTe合金因其高的转化效率而受到广泛关注。然而，原始GeTe具有大量本征Ge空位，导致非常高的空穴浓度（1021 cm−3）。

近期，哈尔滨工业大学的研究人员发表论文，指出由于Ge空位形成能的增加，通过在GeTe中合金化NaSbTe2可实现载流子浓度的降低。这种合金化还降低了菱方GeTe中价带之间的能量分离，并在立方GeTe中沿Γ-L和L-W费米表面周围诱导了两个额外的价带口袋（valence band pockets），这有助于在较宽的温度范围内提高功率因数。由于Na、Ge和Sb的结晶学无序导致大量位错和应变，再加上晶格热导率较低，在(GeTe)90(NaSbTe2)10体系中获得了~2.35的最大zT值（773 K）和1.33的平均zTave值（300-773 K）。相关研究工作以“Achieving High Thermoelectric Performance by NaSbTe2 Alloying in GeTe for Simultaneous Suppression of Ge Vacancies and Band Tailoring”发表于Adv. Energy Mater.上。

图4. 热电性能与文献对比

论文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202103385

2、Adv. Funct. Mater.：利用化学键原理加速超低晶格导热材料的发现和设计

具有极低晶格热导率的半导体非常适合于热能转换和管理相关应用，例如热电和热障涂层。尽管已知晶体结构和化学键在形成传热行为方面起着至关重要的作用，但利用化学键原理降低晶格导热系数的材料设计方法并不常见。

近日，北京科技大学和美国西北大学的研究人员提出了一种基于化学键原理削弱原子间相互作用从而抑制晶格热导率的有效策略，并开发了一种通过筛选晶体化合物的局部配位环境来发现低κL材料的高效方法。基于这种方法的第一性原理计算从无机晶体结构数据库中包含的13个原型晶体结构里发现了30种迄今为止尚未发现的具有（超）低晶格热导率的化合物。此外，通过将阳离子与立体化学活性孤对电子结合，展示了一种合理设计高性能热电材料的方法。这些结果不仅在原子水平上深入了解了一大类铜/银基化合物中低晶格热导率的物理起源，而且为发现和设计具有目标热传输特性的材料提供了有效途径。相关研究内容以“Accelerated Discovery and Design of Ultralow Lattice Thermal Conductivity Materials Using Chemical Bonding Principles”发表于Adv. Funct. Mater.上。

图5.具有典型结构的化合物和本工作中发现的化合物的vm跟平均质量M的关系

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202108532

4 电磁屏蔽材料

1、Comp.  Sci. Tech.：超宽频吸收主导型电磁干扰屏蔽用多级结构弹性体

下一代精密电子设备和可穿戴电子设备迫切需要低二次电磁辐射的柔性电磁干扰（EMI）屏蔽材料。然而，实现超低微波反射率和在宽频范围内保持强吸收特性仍然是一个巨大的挑战。

最近，四川大学的研究人员开发了一种天然橡胶基柔性多级复合材料，其在厚度为0.18mm时表现出34.4 dB的EMI屏蔽系数，并实现了0.1的最小电磁波反射系数。在几乎整个Ku波段，超过80%的入射电磁波可以被吸收，且经过500次变形循环后，EMI屏蔽性能仍然表现出优异的稳定性。该工作揭示了精确控制纳米颗粒分布对电磁干扰屏蔽性能的影响以及通过耦合层实现吸收主导的方法，为设计具有低二次电磁污染的柔性EMI屏蔽材料开辟了新的路径。相关研究工作以“Hierarchically structured elastomer for absorption-dominnated  electromagnetic interference shielding in an ultra-wide band”发表于Comp. Sci. Tech.上。

图6. 超宽频吸收主导型电磁干扰屏蔽用多级结构弹性体

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.109221

2、ACS Appl. Mater. Interfaces：通过锚定金属-有机框架的空心丝瓜状纤维获得用于高效微波吸收的多级HCF@NC/Co

具有介电-磁双损耗机制的多级电磁波（EMW）吸收材料是高效EMW衰减的候选材料。

最近，郑州大学的研究人员开发了一种多级介电-磁性复合材料——空心碳纤维@氮掺杂碳/钴(HCF@NC/Co)，可产生良好的阻抗匹配以及异质界面、偶极活性位点、多级孔结构等导致的多种极化损耗，其填充量为14%时，最小反射损耗（RLmin）值为−50.14 dB，厚度为2.25 mm，最大有效吸收带宽（EABmax）达到7.36 GHz。同时，还可以通过优化样品厚度实现对EAB的调控，使其适用于更宽的频率范围。该研究工作以“Hierarchical HCF@NC/Co Derived from Hollow Loofah Fiber Anchoredwith Metal-Organic Frameworks for Highly Efficient Microwave Absorption”发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上。

图7.具有高效微波吸收性能的多级HCF@NC/Co材料

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c21396

5 电子封装材料

1、Mater. Today Phys.：电子封装用高热导低介电聚合物复合材料的研究进展

聚合物因其易于加工、重量轻、绝缘性好、机械性能好而广泛应用于电子封装中。然而，随着电子器件逐渐向高能量密度和低信号延迟方向发展，对高热导率和低介电性能的聚合物材料需求日益迫切。由于聚合物具有较低的本征导热系数，在制备聚合物复合材料时需要添加导热填料。然而，聚合物复合材料的热导率和介电性能之间始终存在着一种折衷关系，这是研究人员开发新型电子封装材料时必须要考虑的因素。

最近，南京未来能源系统研究院的研究人员及其合作者发表综述文章，首次阐述了如何平衡高导热性和低介电性能。该文章综述了近年来导热填料的研究进展，旨在为高分子复合材料在微电子领域的应用提供参考。此外，还概述了高导热性和低介电性能聚合物面临的挑战和展望。相关论文以“Review on polymer composites with high thermal conductivity and low dielectric properties for electronic packaging”发表于Mater. Today Phys.上。

图8.电子封装用高热导低介电聚合物复合材料的研究进展

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100594

文字 | 科研管理办

编辑 | 公共关系与宣传办