具有超低介电常数（介电常数≤2）的聚合物与聚合物基复合材料对微处理器芯片、手机天线和数据通信终端等电子通讯器件的发展起到了重要作用。非极性聚合物材料通常拥有低的介电常数（介电常数为2-3），但其凝聚态结构的规整性低，声子传输易受阻，用于电子器件时运转热量难以耗散。各类优化手段又多会引入电子传输通道或空间电荷极化，不利于低介电性能的保留。低聚笼状倍半硅氧烷（POSS）是一类具有中空笼状无机硅氧骨架外接有机功能端基的杂化分子，能向基体中引入自由体积从而有利于降低复合材料的低介电常数的获得。而六方氮化硼（BN）具有大禁带宽度与高本征热导率等优点。因此，有望采用POSS与BN协同调控有望对电介质材料的介电与导热性能进行有效调控。

本文利用八乙烯基低聚笼状倍半硅氧烷（POSS-Vi8）与γ-巯丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH580）的反应制备了具有较长功能端基的低聚笼状倍半硅氧烷（PK），证明了POSS外接官能团长度在环烯烃共聚物（COC）基体中的自由体积效应以及对材料介电常数的影响。进一步地，将PK接枝到六方氮化硼表面，获得PK@BN功能粒子并证明了该粒子向COC基体的提供的额外自由体积。最后在此基础上，系统地探究了PK@BN粒子的多源自由体积效应以及BN导热网络对COC/PK@BN复合材料的介电性能和导热性能的影响，在实现材料导热率提高4.91倍的同时获得了超低介电常数（1.98，10GHz）。该工作对POSS自由体积效应的最大化利用以及具有低介电、高导热聚合物基复合材料的制备提供了新思路。

Weidi Xu, Ziyang Wang, Hong Cao, Ling Zhou, Niu Jiang, Kai Ke, Zhengying Liu*, Wei Yang, and Mingbo Yang, Optimization of the Thermally Conductive Low-k Polymer Dielectrics Based on Multisource Free-Volume Effects, ACS Applied Materials & Interfaces，2024, 16809-16819.

录用时间：2024年3月1日

DOI: 10.1021/acsami.4c00553