低介電材料在微電子學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，但受到機械性能和導(dǎo)熱性差的限制。本研究通過用3D互連的聚對亞苯基苯并雙惡唑（PBO）納米纖維網(wǎng)絡(luò)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚合物基體，開發(fā)了一類基于氟化石墨烯（FG）的納米復(fù)合薄膜。FG納米片均勻分布在PBO納米纖維（PBONF）的多孔網(wǎng)絡(luò)中，有序堆疊，形成珍珠層狀層狀結(jié)構(gòu)，同時鋪平了有效的熱傳導(dǎo)路徑。最終，F(xiàn)G和PBONF之間的強界面結(jié)合和高效協(xié)同作用賦予了復(fù)合薄膜無與倫比的拉伸性能（強度和模量分別高達295.4 MPa和7.79 GPa）和耐折性（1000倍后拉伸性能不會下降），超低介電常數(shù)（低至1.71）和出色的導(dǎo)熱性（12.13 W m
–1 K
–1）。此外，這些FG/PBONF復(fù)合薄膜還表現(xiàn)出超高的熱穩(wěn)定性（失重溫度高于540°C的5%），這使得它們有望用于極端環(huán)境下大功率電子設(shè)備的散熱。
圖1.編制PBONF和FG/PBONF。（a） PBOMF的SEM圖像。（b） PBONF的TEM圖像。（c） 含有3D互連網(wǎng)絡(luò)的PBONF凝膠的SEM圖像。（d） 溶膠-凝膠-薄膜轉(zhuǎn)化過程的照片。（e） FG/PBONF復(fù)合薄膜制備工藝示意圖。
圖2.PBONF和FG/PBONF的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和耐折性。（a） ATR-FTIR和（b） PBOMF和PBONF的XRD光譜。（c） FG納米片的TEM圖像。（d） 應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（e） FG/PBONF的拉伸強度、拉伸模量和（f）斷裂伸長率。（g） PBONF、（h） FG40/PBONF 和 （i） 商用聚酰亞胺薄膜 （Kapton PI） 的拉伸強度和斷裂伸長率的變化。
圖3.FG/PBONF的微觀形態(tài)分析.（a） FG/PBONF氣凝膠的SEM圖像。隱藏在PBONF的3D網(wǎng)絡(luò)中的FG已被紅色箭頭突出顯示。（b） FG的放大SEM圖像，由氣凝膠中的紅色矩形框住。（c） FG與PBONF三維網(wǎng)絡(luò)的界面相互作用。（d） FG10/PBONF 和 （e） FG40/PBONF 橫截面的 SEM 圖像。（f） FG40/PBONF橫截面上選定區(qū)域的EDS元素映射。
圖4.FG/PBONF的多功能特性。（a） 熱重曲線。（b） 在不同頻率下測量的介電常數(shù)和（c） 介電損耗。（d）阿什比圖表明，在這項工作中開發(fā)的FG/PBONFs達到了新的機械強度和介電性能水平，超過了所有其他報告的低κ材料。（e） 體積電阻率隨FG含量的變化。（f） 面內(nèi)和通面TC對FG含量的依賴性。
圖5.（a）PBONF和（b）FG40/PBONF的紅外熱圖像。（c） PBONF 和 （d） FG40/PBONF 沿 x 軸的溫度分布。
相關(guān)研究成果由中國科學(xué)院Shaohua Wu和Chuncheng Li等人2022年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials (https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04137)上。原文：Mechanically Robust Fluorinated Graphene/Poly(p-Phenylene Benzobisoxazole) Nanofiber Films with Low Dielectric Constant and Enhanced Thermal Conductivity: Implications for Thermal Management Applications。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
