文章创新点
本文通过碱催化一步法水解缩合反应，将苯并环丁烯（Benzocyclobutene, BCB）基团引入类梯形聚倍半硅氧烷（X-TMS）侧链。围绕结构精准调控-共聚工艺优化-多尺度表征，调控苯基与BCB基团的比例，控制材料中梯形、笼状及无规寡聚物结构的分布。同时将X-TMS与商用DVS-BCB树脂共聚，利用BCB基团的热交联特性构建互穿网络。并结合29Si-NMR、SAXS、XRD等技术，揭示拓扑结构与介电性能之间的构效关系。
该研究首次建立了类梯形聚倍半硅氧烷中拓扑缺陷（笼状/无规寡聚物）与介电性能的定量关系，证实了适度缺陷可有效降低材料极化率。通过共聚策略，成功突破了传统多孔材料中孔隙率与力学性能之间“此消彼长”的矛盾，为5G通信、人工智能芯片等领域的超低介电材料设计提供了新范式。
文章背景
在超大规模集成电路（Ultra Large Scale Integration, ULSI）中，互连结构的信号延迟和动态功耗已成为芯片性能的核心瓶颈。传统绝缘材料（如SiO₂、商品化BCB基树脂）的介电常数（Dk）普遍偏高（商品化BCB基树脂Dk≈2.65），且致密的结构限制了综合性能的优化空间。类梯形聚倍半硅氧烷因其独特的双链结构和本征微孔，在低介电材料领域备受关注，但结构缺陷（如笼状/无规寡聚物）对性能的影响机制尚不明确。
文章概述
中国科学院化学研究所符文鑫课题组通过精准调控类梯形聚倍半硅氧烷的拓扑结构（图1），成功开发出兼具超低介电常数、高热稳定性及优异力学性能的新型绝缘材料，为下一代微电子器件提供了关键材料支撑。
文章系统研究了该材料的热学性能和疏水性能（图2）。研究结果表明，材料在5%热失重温度上超过460 ℃，且在800 ℃下的残碳率提升至90.7%，表现出良好的热稳定性。此外，材料的疏水性能也表现优异，水接触角大于100°，且在沸水中浸泡24小时后，其吸水率降至0.06 wt%，远远超过了商品化BCB基树脂的性能。该材料在高温和耐水性方面的优越表现，使其在高性能领域具有广泛的应用潜力。
文章进一步表征了材料的介电性能（图3）。研究表明，含25% BCB的共聚物（co-25-TMS）在1 kHz下的介电常数降至2.50，相较于纯DVS-BCB树脂（Dk≈2.65）实现了显著优化，展现了更低的介电常数，有助于降低信号传输中的能量损耗。与此同时，该材料在高频下表现出优异的稳定性，介电损耗（Df）在1 Hz至1 MHz的频率范围内稳定保持在10⁻³量级，显示出良好的高频性能，适合于高频电子设备中作为介电材料的应用。
综合来看，该材料不仅具备优异的热学、疏水性能，还在介电性能上展现出显著的优化，具有较强的市场竞争力。
该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。樊雯洁博士研究生是该论文的第一作者，符文鑫研究员和夏爽副研究员为通信联系人。该项工作得到国家自然科学基金（No. 52373316、22075298、52373020）和北京市自然科学基金（No. 2212053）的资助。