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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?dāng)_、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(zhì)材料具有低介電常數(shù)（D_k）和低介電損耗（D_f）以及高導(dǎo)熱率，以確保信號傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)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(dǎo)熱的特性仍是一大挑戰(zhàn)。中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所房強(qiáng)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(yīng)提升了聚丁二烯的導(dǎo)熱性能，制備了導(dǎo)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(yīng)用

在這項工作中，該團(tuán)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(zhuǎn)變與苯乙烯基團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng)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(jié)構(gòu)完整性。ST38PB具有優(yōu)良的本征導(dǎo)熱系數(shù) (λ)，其面內(nèi)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D_k=2.40和D_f =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(dú)特的綜合性能使其可作為芯片散熱材料或絕緣介質(zhì)材料，在微電子封裝，高頻高速PCB制造等方面極具應(yīng)用潛力。該工作為開發(fā)兼具高導(dǎo)熱和低介電性能的液晶-碳?xì)渚酆衔锾峁┝艘环N新策略。同時，可擴(kuò)展用于制備其他基于液晶的高熱導(dǎo)低介電聚合物，以滿足高溫加工應(yīng)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(qiáng)研究員，孫晶研究員。上海大學(xué)賈林副研究員為液晶結(jié)構(gòu)的解析提供了支持。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項及上海市科委的大力資助。