低介電材料在微電子學中得到了廣泛的應用，但受到機械性能和導熱性差的限制。本研究通過用3D互連的聚對亞苯基苯并雙惡唑（PBO）納米纖維網絡代替傳統的聚合物基體，開發了一類基于氟化石墨烯（FG）的納米復合薄膜。FG納米片均勻分布在PBO納米纖維（PBONF）的多孔網絡中，有序堆疊，形成珍珠層狀層狀結構，同時鋪平了有效的熱傳導路徑。最終，FG和PBONF之間的強界面結合和高效協同作用賦予了復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（低至1.71）和出色的導熱性（12.13 W m
–1 K
–1）。此外，這些FG/PBONF復合薄膜還表現出超高的熱穩定性（失重溫度高于540°C的5%），這使得它們有望用于極端環境下大功率電子設備的散熱。
圖1.編制PBONF和FG/PBONF。（a） PBOMF的SEM圖像。（b） PBONF的TEM圖像。（c） 含有3D互連網絡的PBONF凝膠的SEM圖像。（d） 溶膠-凝膠-薄膜轉化過程的照片。（e） FG/PBONF復合薄膜制備工藝示意圖。
圖2.PBONF和FG/PBONF的結構、力學性能和耐折性。（a） ATR-FTIR和（b） PBOMF和PBONF的XRD光譜。（c） FG納米片的TEM圖像。（d） 應力-應變曲線。（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的微觀形態分析.（a） FG/PBONF氣凝膠的SEM圖像。隱藏在PBONF的3D網絡中的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三維網絡的界面相互作用。（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和（c） 介電損耗。（d）阿什比圖表明，在這項工作中開發的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。
相關研究成果由中國科學院Shaohua Wu和Chuncheng Li等人2022年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
