DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129455

电子设备的飞速发展对低介电材料提出了更高的要求。尤其，具有低介电常数、高导热性和耐热性的聚合物基介电薄膜对于柔性电子产品至关重要。然而，这些预期性能的平衡仍然是一个很大的挑战。在这项工作中，研究者通过同轴静电纺丝热压技术制备了具有低介电常数和高热导率的柔性聚芳醚腈（PEN）纤维复合薄膜。有趣的是，这种双功能纤维复合膜以六方氮化硼（h-BN）/氟化PEN（PEN-F）为壳层，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为纤维核层，经热压和溶解后，可进一步形成多孔、中空、苦瓜状结构。由于h-BN纳米片的引入、PEN-F的固有氟基团和中空纳米纤维结构，纤维复合薄膜的介电常数和介电损耗在1kHz时低至1.74和0.0092。此外，通过掺入7wt%h-BN，纤维复合薄膜的面内热导率达到0.811W·m-1·K-1。此外，纤维复合膜表现出较高的热稳定性（T5%=498℃和Tg=182℃）和机械强度（拉伸强度=39.2MPa，拉伸模量=250.9MPa）。因此，本研究为制备低介电常数、高热导率的高性能聚合物复合薄膜开辟了一条新的途径，在未来的柔性电子产品中具有广阔的应用前景。

图1.PEN-F的合成步骤。

图2.h-BN/PEN-F纤维复合膜的制备工艺示意图。

图3.（a）h-BN、PEN-F和h-BN/PEN-F纤维复合膜的红外光谱曲线。（b）h-BN和h-BN/PEN-F纤维复合膜的XRD图谱。

图4.（a）h-BN纳米片的形貌。（b）h-BN在水、乙醇、DMF、异辛烷和甲苯中的分散。

图5.PEN-F纤维膜在热压之前（a）和之后（b）的横截面SEM照片。

图6.PEN-F溶液（鞘）与PVP溶液（芯）注射比例不同时，由同轴静电纺丝热压技术制备的PEN-F纤维复合薄膜的横截面SEM照片：（a）1:1，（b）4:3，和（c）5:3。

图7.纯（a）PEN-F以及h-BN填充量为（b）3wt%、（c）5wt%和（d）7wt%的PEN-F纤维复合膜的横截面SEM图像。

图8.（a,b）测试频率对h-BN/PEN-F纤维复合膜介电常数和介电损耗的影响。（c,d）在100和1kHz下h-BN含量对PEN-F纤维复合膜介电常数和介电损耗的影响。

图9.（a,b）h-BN含量对h-BN/PEN-F纤维复合薄膜通面和面内热导率的影响。（c）h-BN/PEN-F纤维复合膜的热传导机理。（d）热传导和热辐射模型。

图10.h-BN/PEN-F纤维复合膜与之前报道的聚合物复合材料的介电性能和导热率比较。

图11.0、1、3、5和7wt%h-BN/PEN-F纤维复合膜在平板加热（a,d）、冷却过程（b,e）和点加热（c,f）时的红外热像和平均温度变化。

图12.（a）7wt%h-BN/PEN-F纤维复合膜溶解前后的TG曲线。（b）纯PEN-F纤维膜溶解前的TG和热分解速率曲线。（c）具有0和7wt%h-BN负载量的PEN纤维复合膜的TG曲线。（d）具有不同h-BN负载量的h-BN/PEN-F纤维复合膜的DSC曲线。

图13.（a-c）h-BN/PEN-F纤维复合薄膜的拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率。（d）h-BN/PEN-F纤维复合膜的数码照片。