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  環氧樹脂具有良好的機械性能、突出的電氣絕緣性和耐化學腐蝕性，以及易加工成型和低成本等優點，被廣泛應用于電子封裝、覆銅板、印刷電路板和無線基站等領域。然而，傳統環氧樹脂的本征導熱系數（λ）較低，約為0.2 W/(m·K)；且環氧樹脂在固化過程中會產生大量的羥基，容易形成過多的偶極或界面極化，難以滿足電子電氣設備及其元器件向小型化、高集成化、高密度化和高功率化發展對其本征高導熱和低介電常數（ε）的迫切要求。

  西北工業大學化學與化工學院顧軍渭教授“結構/功能高分子復合材料”（SFPC）課題組長期從事本征高導熱環氧樹脂的可控制備及導熱機理研究。在課題組前期的研究工作中，從多尺度結構設計出發，基于分子鏈液晶基元和拓撲結構的優化調控，制備出一種基于聯苯液晶基元的主鏈型本征高導熱液晶環氧樹脂，其λ為0.51 W/(m·K)，約為通用環氧樹脂（E-51）λ的3倍（Compos Part B-Eng, 2020, 185: 107784）；設計合成了一種基于聯苯液晶基元的側鏈型環氧單體，再經硫醇-環氧親核開環反應制備出一種側鏈型液晶環氧樹脂膜，同步實現了本征高導熱（λ_∥為1.25 W/(m·K)；λ_⊥為0.33 W/(m·K)）與本征自修復功能（J Mater Sci Technol, 2021, 68: 209-215）；通過在苯并菲類盤狀液晶環氧樹脂中引入阻燃型共固化劑實現了其本征高導熱（λ_∥為1.30 W/(m·K)；λ_⊥為0.34 W/(m·K)）與本征高阻燃的協同效應（Macromol Rapid Comm, 2022, 43: 2100580）；還通過一步縮合反應合成了一種含柔性烷烴鏈的聯苯型液晶共固化劑，促使環氧樹脂固化網絡近晶相液晶結構的形成，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’-二羥基聯苯和環氧氯丙烷為原料合成了一種基于聯苯基元的液晶環氧單體（LCE），并采用含低極化率-CF₃基團的固化劑（BPAF）制備了兼具本征高λ與低ε的液晶環氧樹脂（LCE+BPAF）。聯苯液晶基元間的相互堆疊和氟原子對液晶有序結構的促進作用共同促使環氧樹脂固化網絡內部有序結構的形成，有效抑制了聲子散射，降低了分子極化率，同步實現了環氧樹脂本征高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）范圍內均具有非常低且穩定的ε。1MHz和10 GHz下的ε分別為2.75和2.72，均遠低于E-51樹脂的ε。LCE+BPAF樹脂還兼具優異的耐熱性、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”為題發表于JACS Au（2023, DOI: 10.1021/jacsau.3c00582）上。第一作者為西北工業大學化學與化工學院張軍亮副教授，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，SFPC課題組本科生范學蓉和博士研究生劉政還以2,2''-雙(三氟甲基)-4,4''-二氨基聯苯、丁二酸酐及縮水甘油為原料，經酰胺化、酯化反應合成出兼具含氟基團、聯苯基元和柔性烷基鏈的含氟液晶環氧化合物（TFSAEy），并在液晶區間下以二氨基二苯甲烷（DDM）為固化劑制備TFSAEy/DDM樹脂。TFSAEy分子結構中含氟基團和有序聯苯堆疊結構的引入降低了TFSAEy/DDM樹脂固化網絡的極化率且提升了微觀有序程度，在賦予TFSAEy/DDM樹脂固化物高λ和低ε同時，同步提升了其力學性能、耐熱性能和耐磨性能。TFSAEy/DDM樹脂的本征λ為0.36 W/(m·K)；介電性能和導熱性能在不同溫度和頻率下均具有優異的穩定性，1 MHz下的ε為2.54；相應的楊氏模量、耐熱指數、擊穿電壓、體積電阻率、摩擦系數和磨損率分別為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”為題發表于SusMat（2023, DOI: 10.1002/sus2.172）上。第一作者為西北工業大學倫敦瑪麗女王大學工程學院的本科生范學蓉，化學與化工學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

作者簡介：

張軍亮，河南鄭州人，西北工業大學化學與化工學院準聘副教授，主要從事本征導熱高分子及其復合材料的設計制備研究。主持國家自然科學基金青年科學基金項目、中國博士后科學基金特別資助項目和陜西省自然科學基礎研究計劃等基金項目6項。以第一和/或通訊作者在Angew Chem Int Edit, JACS Au和Macromolecules等期刊發表高水平SCI論文20余篇。

顧軍渭，浙江上虞人，教授、博導，國家級領軍人才。英國皇家化學會Fellow，英國皇家航空學會Fellow，英國材料、礦物與礦業學會Fellow。科睿唯安全球“高被引科學家”、愛思唯爾“中國高被引學者”。現任中國復合材料學會副秘書長/理事、中國復合材料學會導熱復合材料專業委員會常務副主任、陜西省高分子科學與技術重點實驗室副主任等。主要從事功能高分子復合材料和纖維增強先進樹脂基復合材料的設計制備及成型加工研究。以第一/第二完成人獲教育部技術發明獎、陜西省自然科學獎二等獎等省部級獎3項；獲中國復合材料學會青年科學家獎、中國化學會高分子創新論文獎、高分子成型加工及其產業發展“新銳創新獎”等。主持國家自然科學基金聯合基金重點項目、技術基礎重點項目等省部級及以上項目20余項。以第一和/或通訊作者在Angew Chem Int Edit, Adv Mater和Sci Bull等期刊發表高水平SCI論文150余篇。4篇論文入選“中國百篇最具影響國際學術論文”、1篇論文入選中國科協優秀科技論文。主/參編英文專著4部；授權國家發明專利34件。任Nano-Micro Lett、Natl Sci Rev、Compos Sci Technol等多個期刊副主編/編委。