信息技术的快速发展提高了电子信息等领域对树脂基体的要求，强调了对低介电性能和高耐热性的需求。苯并噁嗪是一种新开发的热固性树脂，由于其优异的性能而引起了学术界和工业界的极大兴趣。特别是其优越的介电特性使其适用于电子行业。然而，常见的聚苯并噁嗪的介电性能（介电常数约为3.5，损耗约为 0.02）无法满足现代高频电路应用和透波材料的要求。因此，在保持高耐热性的同时增强其低介电性能（低介电常数和低介电损耗）对于扩大其在5G电子产品中的应用至关重要。
三种苯并噁嗪单体的结构式如图1所示，分别在甲苯/乙醇、甲苯等溶剂中反应12小时合成，并分别于乙酸乙酯/正己烷、乙醇等溶剂中重结晶得高纯度苯并噁嗪单体。产率均在80%以上。通过1H NMR、13C NMR和FTIR证实了相关苯并噁嗪的成功合成。
图2. 苯并噁嗪单体的DSC谱图（a）DFDA-PTB，（b）Met-PTB，（c）DFDA-Phe，（d）DFDA-PTB的梯度FTIR图，（e）DFDA-PTB的聚合机理图。
图3. (a) 三种聚苯并噁嗪的DMA图，(b) 三种聚苯并噁嗪的吸水率图，(c) 三种聚苯并噁嗪的TGA图, TG-IR poly(DFDA-PTB) (d) poly(DFDA-PTB)的红外-TGA联用图，(e) poly(Met-PTB)的红外-TGA联用图，(f) poly(DFDA-Phe)的红外-TGA联用图。
图4. (a) 三种聚苯并噁嗪高频介电常数 (8.2~12 GHz) 的实部；(b) 三种聚苯并噁嗪高频介电损耗 (8.2~12 GHz)；(c) poly (DFDA-PTB) 介电损耗与其他文献的对比图；(d) 三种聚苯并噁嗪介电性能的DFT模拟示意图；(e) poly (DFDA-PTB)和poly (DFDA-Phe的非极性结构域比值；(f) poly (DFDA-PTB)和poly（Met-PTB） 在xx、yy和zz方向上的极化率张量分量。(g) poly (DFDA-PTB)和poly（Met-PTB）的各向同性极化率 αiso和各向异性极化率 αaniso。
在8.2~12 GHz的频率范围内测试了三种聚苯并噁嗪的介电常数(k)和介电损耗 （f）。在10 GHz时，poly (DFDA-PTB)的介电常数为2.51，介电损耗为 0.0018，低于大多数同类树脂，包括低介电环氧树脂和酚醛树脂。为了进一步研究叔丁基环和呋喃环对聚苯并噁嗪介电性能的影响，文章还进行了量子化学模拟。结果显示于图4中，仿真结果表明，呋喃环的引入可以降低分子极性，有利于树脂的低介电改性。
上述研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U1810118、51773185）、山西省留学基金委课题（项目No.2022-135）、山西省留学归国人员科学活动基金项目（项目No.20220011）、山西省科技成果转化指导专项项目（项目No. 202204021301050）等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2024.127742
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