Molecular interface anchoring in PI-b-PDMS/SiO2@BN block copolymer foams for flexible, ultra-low dielectric, and enhanced terahertz communication performance

材料科学 电介质 聚酰亚胺 光电子学 聚二甲基硅氧烷 正硅酸乙酯 介电损耗 纳米技术 复合材料 图层(电子)
作者
Haoyu Ma,Jiaozhu Wu,Chengzhe Gao,Silin He,Pengjian Gong,Qiwu Shi,Zhao Wang,Guangxian Li,Chul B. Park
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:485: 149883-149883 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149883
摘要

In the context of the future sixth-generation (6G) communication system, the development of multi-functional materials with ultra-low dielectric permittivity (Dk) and ultra-low dielectric loss (Df) is of paramount importance for the design of terahertz (THz) frequency electromagnetic wave transmission devices. In this work, polyimide-block-polydimethylsiloxane (PI-b-PDMS copolymer, PIC) material with low Dk, high flexibility and high supercritical fluid foaming ability was fabricated via copolymerization. Additionally, core–shell SiO2@BN nanofillers were synthesized by condensing tetraethyl orthosilicate (TEOS) on hexagonal boron nitride (BN) nanofiller surface. Subsequently, flexible polyimide/SiO2@BN foam was fabricated via supercritical N2 foaming. The resulting PIC/SiO2@BN nanocomposites exhibit exceptional flexibility and impressive thermal resistance (thermal decomposition temperature 472.2 °C). Notably, the incorporation of core–shell SiO2@BN nanofillers leads to the formation of a molecular interface anchoring structure through hydrogen bonding effect. This structure effectively reduced the mobility of the flexible PIC polymer chains on the SiO2@BN nanofiller surfaces. Consequently, the porous PIC/SiO2@BN materials show a low shrinkage ratio, low dielectric property (Dk = 1.21, Df = 0.012 at 1 THz), excellent THz transmission rate (91.4 %) and long distance 6G THz signal coverage (125.99 m). Furthermore, porous PIC/SiO2@BN materials show superior flame-retardant and thermal infrared stealth properties.
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