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  環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的機(jī)械性能、突出的電氣絕緣性和耐化學(xué)腐蝕性，以及易加工成型和低成本等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子封裝、覆銅板、印刷電路板和無(wú)線(xiàn)基站等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂的本征導(dǎo)熱系數(shù)（λ）較低，約為0.2 W/(m·K)；且環(huán)氧樹(shù)脂在固化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的羥基，容易形成過(guò)多的偶極或界面極化，難以滿(mǎn)足電子電氣設(shè)備及其元器件向小型化、高集成化、高密度化和高功率化發(fā)展對(duì)其本征高導(dǎo)熱和低介電常數(shù)（ε）的迫切要求。

  西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院顧軍渭教授“結(jié)構(gòu)/功能高分子復(fù)合材料”（SFPC）課題組長(zhǎng)期從事本征高導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂的可控制備及導(dǎo)熱機(jī)理研究。在課題組前期的研究工作中，從多尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，基于分子鏈液晶基元和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)控，制備出一種基于聯(lián)苯液晶基元的主鏈型本征高導(dǎo)熱液晶環(huán)氧樹(shù)脂，其λ為0.51 W/(m·K)，約為通用環(huán)氧樹(shù)脂（E-51）λ的3倍（Compos Part B-Eng, 2020, 185: 107784）；設(shè)計(jì)合成了一種基于聯(lián)苯液晶基元的側(cè)鏈型環(huán)氧單體，再經(jīng)硫醇-環(huán)氧親核開(kāi)環(huán)反應(yīng)制備出一種側(cè)鏈型液晶環(huán)氧樹(shù)脂膜，同步實(shí)現(xiàn)了本征高導(dǎo)熱（λ_∥為1.25 W/(m·K)；λ_⊥為0.33 W/(m·K)）與本征自修復(fù)功能（J Mater Sci Technol, 2021, 68: 209-215）；通過(guò)在苯并菲類(lèi)盤(pán)狀液晶環(huán)氧樹(shù)脂中引入阻燃型共固化劑實(shí)現(xiàn)了其本征高導(dǎo)熱（λ_∥為1.30 W/(m·K)；λ_⊥為0.34 W/(m·K)）與本征高阻燃的協(xié)同效應(yīng)（Macromol Rapid Comm, 2022, 43: 2100580）；還通過(guò)一步縮合反應(yīng)合成了一種含柔性烷烴鏈的聯(lián)苯型液晶共固化劑，促使環(huán)氧樹(shù)脂固化網(wǎng)絡(luò)近晶相液晶結(jié)構(gòu)的形成，其λ為0.42 W/(m·K)（Polym Chem, 2022, 13: 6046-6053）。

  最近，SFPC課題組張軍亮副教授以4,4’-二羥基聯(lián)苯和環(huán)氧氯丙烷為原料合成了一種基于聯(lián)苯基元的液晶環(huán)氧單體（LCE），并采用含低極化率-CF₃基團(tuán)的固化劑（BPAF）制備了兼具本征高λ與低ε的液晶環(huán)氧樹(shù)脂（LCE+BPAF）。聯(lián)苯液晶基元間的相互堆疊和氟原子對(duì)液晶有序結(jié)構(gòu)的促進(jìn)作用共同促使環(huán)氧樹(shù)脂固化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)的形成，有效抑制了聲子散射，降低了分子極化率，同步實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧樹(shù)脂本征高λ和低ε。LCE+BPAF固化物的本征λ為0.38 W/(m·K)，約為E-51樹(shù)脂λ的2倍。且LCE+BPAF在較寬頻率（10²~10⁶ Hz和8.4~12.4 GHz）和溫度（20^oC~240^oC）范圍內(nèi)均具有非常低且穩(wěn)定的ε。1MHz和10 GHz下的ε分別為2.75和2.72，均遠(yuǎn)低于E-51樹(shù)脂的ε。LCE+BPAF樹(shù)脂還兼具優(yōu)異的耐熱性、絕緣性和疏水性。本工作近期以“Effect of the Structure of Epoxy Monomers and Curing Agents: Toward Making Intrinsically Highly Thermally Conductive and Low-Dielectric Epoxy Resins”為題發(fā)表于JACS Au（2023, DOI: 10.1021/jacsau.3c00582）上。第一作者為西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張軍亮副教授，碩士研究生黨琳為共同第一作者，通訊作者為顧軍渭教授。

  同時(shí)，SFPC課題組本科生范學(xué)蓉和博士研究生劉政還以2,2''-雙(三氟甲基)-4,4''-二氨基聯(lián)苯、丁二酸酐及縮水甘油為原料，經(jīng)酰胺化、酯化反應(yīng)合成出兼具含氟基團(tuán)、聯(lián)苯基元和柔性烷基鏈的含氟液晶環(huán)氧化合物（TFSAEy），并在液晶區(qū)間下以二氨基二苯甲烷（DDM）為固化劑制備TFSAEy/DDM樹(shù)脂。TFSAEy分子結(jié)構(gòu)中含氟基團(tuán)和有序聯(lián)苯堆疊結(jié)構(gòu)的引入降低了TFSAEy/DDM樹(shù)脂固化網(wǎng)絡(luò)的極化率且提升了微觀(guān)有序程度，在賦予TFSAEy/DDM樹(shù)脂固化物高λ和低ε同時(shí)，同步提升了其力學(xué)性能、耐熱性能和耐磨性能。TFSAEy/DDM樹(shù)脂的本征λ為0.36 W/(m·K)；介電性能和導(dǎo)熱性能在不同溫度和頻率下均具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，1 MHz下的ε為2.54；相應(yīng)的楊氏模量、耐熱指數(shù)、擊穿電壓、體積電阻率、摩擦系數(shù)和磨損率分別為5.73 GPa、188.7^oC、26.7 kV/mm、5.3×10¹⁵ Ω·cm、0.47 N·m和3.07×10⁶ μm³/(N·m)。本工作近期以“Ultra-low dielectric constant and highly thermal conductivity fluorine-containing epoxy resins with ordered liquid crystal structures”為題發(fā)表于SusMat（2023, DOI: 10.1002/sus2.172）上。第一作者為西北工業(yè)大學(xué)倫敦瑪麗女王大學(xué)工程學(xué)院的本科生范學(xué)蓉，化學(xué)與化工學(xué)院的博士研究生劉政為共同第一作者，通訊作者為顧軍渭教授。 

  論文信息：

  1. Junliang Zhang^#, Lin Dang^#, Fengyuan Zhang, Kuan Zhang, Qingqing Kong and Junwei Gu*. Effect of the Structure of Epoxy Monomers and Curing Agents: Toward Making Intrinsically Highly Thermally Conductive and Low-Dielectric Epoxy Resins. JACS Au, 2023, DOI: 10.1021/jacsau.3c00582.

  2. Xuerong Fan^#, Zheng Liu^#, Shuangshuang Wang and Junwei Gu*. Ultra-low dielectric constant and highly thermal conductivity fluorine-containing epoxy resins with ordered liquid crystal structures. SusMat, 2023, DOI: 10.1002/sus2.172.

  原文鏈接：

  1. https://doi.org/10.1021/jacsau.3c00582

  2. https://doi.org/10.1002/sus2.172

作者簡(jiǎn)介：

張軍亮，河南鄭州人，西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院準(zhǔn)聘副教授，主要從事本征導(dǎo)熱高分子及其復(fù)合材料的設(shè)計(jì)制備研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等基金項(xiàng)目6項(xiàng)。以第一和/或通訊作者在A(yíng)ngew Chem Int Edit, JACS Au和Macromolecules等期刊發(fā)表高水平SCI論文20余篇。

顧軍渭，浙江上虞人，教授、博導(dǎo)，國(guó)家級(jí)領(lǐng)軍人才。英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)Fellow，英國(guó)皇家航空學(xué)會(huì)Fellow，英國(guó)材料、礦物與礦業(yè)學(xué)會(huì)Fellow�？祁Ｎò踩颉案弑灰茖W(xué)家”、愛(ài)思唯爾“中國(guó)高被引學(xué)者”。現(xiàn)任中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)/理事、中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)導(dǎo)熱復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任、陜西省高分子科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任等。主要從事功能高分子復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)制備及成型加工研究。以第一/第二完成人獲教育部技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)、陜西省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等省部級(jí)獎(jiǎng)3項(xiàng)；獲中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)青年科學(xué)家獎(jiǎng)、中國(guó)化學(xué)會(huì)高分子創(chuàng)新論文獎(jiǎng)、高分子成型加工及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展“新銳創(chuàng)新獎(jiǎng)”等。主持國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、技術(shù)基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目等省部級(jí)及以上項(xiàng)目20余項(xiàng)。以第一和/或通訊作者在A(yíng)ngew Chem Int Edit, Adv Mater和Sci Bull等期刊發(fā)表高水平SCI論文150余篇。4篇論文入選“中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文”、1篇論文入選中國(guó)科協(xié)優(yōu)秀科技論文。主/參編英文專(zhuān)著4部；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利34件。任Nano-Micro Lett、Natl Sci Rev、Compos Sci Technol等多個(gè)期刊副主編/編委。