Обычные полиимиды — это материалы с выдающейся термостойкостью и прочностью, но их диэлектрические свойства оставляют желать лучшего: диэлектрическая проницаемость (Dk) выше 3,2, а тангенс угла потерь (Df) превышает 0,005 на частоте 10 ГГц. Раньше ученые снижали эти показатели, вводя трифторметальные группы, но это делало материал жестким, ослабляло водородные связи и уменьшало свободный объем, что ухудшало механические свойства — например, материал становился хрупким и трескался в микросхемах.

Тангенс угла потерь (Df) — это параметр, который показывает, сколько энергии теряется в материале при передаче электромагнитных волн. Чем он ниже, тем меньше сигнал «затухает» — например, в процессорах или антеннах.

Теперь команда исследователей создала новый фторированный полиимид, который не только улучшает диэлектрические характеристики, но и сохраняет прочность. Их работа опубликована в издании Industrial Chemistry & Materials.

Снижение Dk — ключевая задача для современных электронных материалов. Обычно для этого добавляют пористые структуры, аэрогели или наполнители вроде диоксида кремния. Но такой подход ухудшает механическую прочность и термостойкость, поэтому его редко используют на практике.

Гораздо эффективнее менять саму молекулярную структуру. Например, добавлять группы с низкой поляризуемостью или объемные боковые цепи, которые увеличивают свободный объем и уменьшают поляризацию. Такой метод позволяет точно контролировать свойства материала на молекулярном уровне, избегая расслоения или комкования наполнителей.

Новый материал создан на основе фторированного диаминового мономера (5FBODA) с пентафторфенильной группой. Его соединили с фторированным диамидом (HFBAPP) и ангидридом 6FESDA, получив полиимид с уникальными свойствами. Пентафторфенильная группа снижает поляризуемость за счет электроноакцепторного эффекта, а ее объемная структура ограничивает подвижность цепей, уменьшая Dk и Df. При этом гибкие эфирные связи и оптимизированные межмолекулярные взаимодействия сохраняют прочность и эластичность.

Главные преимущества материала:

• Низкие диэлектрические потери — Dk всего 2,6, а Df 3,37 × 10⁻³, что критически важно для высокочастотных микросхем.
• Высокая прочность — удлинение при разрыве достигает 50,1%, тогда как у обычных полиимидов этот показатель редко превышает 20%.
• Сбалансированные свойства — материал сохраняет термостойкость и химическую стабильность, оставаясь гибким и прозрачным.

Такой полиимид идеально подходит для 5G-устройств и продвинутой микроэлектроники. Исследователи надеются, что их разработка поможет создавать более надежные и эффективные микросхемы.

Этот материал может стать прорывом в микроэлектронике, особенно для высокочастотных приложений — например, в 5G и радарах. Низкий Dk и Df уменьшат потери сигнала, а высокая механическая прочность снизит риск повреждения чипов при термоциклировании. В перспективе это ускорит переход к более компактным и энергоэффективным устройствам.

Хотя материал впечатляет, его промышленное внедрение может столкнуться с трудностями. Синтез фторированных мономеров сложен и дорог, а их совместимость с существующими технологиями производства требует дополнительных исследований. Кроме того, влияние длительной эксплуатации на диэлектрические свойства пока не изучено.

Ранее ученые создали керамику для 5G, которая не боится температуры.