随着第五代（5G）通信系统的普及及第六代（6G）通信技术的研发推进，信号传输频率正从传统的微波区域进一步迈向毫米波（30–100 GHz）与亚太赫兹（100–300 GHz）范围。在这些超高频域中，电磁波传播对材料的介电常数（Dk）与介电损耗因子（Df）极为敏感，哪怕极小的波动都可能导致信号畸变或能量损失。因此，开发在10–330 GHz宽频带内同时具备低Dk与低Df的高分子介电材料，成为支撑未来高速无线通信、封装基板及太赫兹电子器件的关键科学课题。
东京科学大学（Institute of Science Tokyo）安藤慎治教授团队（博士生澤田梨梨花、助理教授劉浩男）与企业EM Labs（柳本吉之、柳本舍那）合作，近日在ACS Applied Polymer Materials发表了最新研究成果，报道了一系列在10–330 GHz频段内同时展现极低湿度敏感性与频率依赖性的高氟化聚酰亚胺（HFPIs）。
本研究的高氟化聚酰亚胺(HFPIs)
研究亮点：10–330 GHz 频段内的极低介电损耗
研究团队合成了六种新型及四种已报道的高氟含量聚酰亚胺（27–37 wt%），系统测定了其在不同湿度（10–60% RH）及宽频（10–330 GHz）条件下的介电性质。
结果显示：
在10 GHz、30% RH下，所有样品的Dk = 2.6–2.9，Df < 0.005；
湿度敏感系数（hDk, hDf）随氟含量上升而单调降低，表明强疏水结构显著抑制水分吸附；
高频（>100 GHz）下，部分结构的Df仍能维持在0.01以下，远优于常规Kapton-H等商用聚酰亚胺。
特别是10F-pTFBZ样品在330 GHz，45% RH时仍保持Df = 0.0089，为目前报道的同类材料中最低水平之一，且其频率敏感系数kDf亦为最小，显示出卓越的亚太赫兹稳定性。
HFPIs在10 GHz下介电特性的湿度依赖性
湿度与频率的双重机制解析
研究表明，高氟化PI的介电损耗来源可分为两类：
湿度诱导型损耗— 由吸附水分引起的偶极弛豫，与水分吸收量密切相关；
频率依赖型损耗— 源于分子内振动与局部链段运动，在> 100 GHz时占主导。
团队通过定义湿度敏感度（hDf）与频率敏感度（kDf)两个参数，建立了新的结构–性能关联框架：
高氟含量与刚性骨架能同时抑制水分诱导的极化弛豫与高频振动损耗。
这不仅揭示了介电损耗由外因（吸湿）向内因（振动）转变的规律，也为材料设计提供了可量化的评价维度。
HFPIs在25–330 GHz下的介电特性（45% RH）
可持续且可加工的非PFAS方案
研究中最具代表性的几种材料（如10F-TFBZ、10F-pTFBZ、10F-4FMPD）完全不含–CF2–或–CF3型全氟烷基结构，因此属于无PFAS（PFAS-free）聚酰亚胺，在保持高性能的同时兼顾环境可持续性。
这些新型PI不仅具备优异的热稳定性（Tg > 290 °C, Td5 > 440 °C），还可通过溶液法成膜，为未来高频柔性电路提供工艺兼容的新途径。
展望与意义
该研究为理解与控制GHz–THz区域的高分子介电行为提供了新的理论与实验基础。通过分子结构的“氟化屏蔽”与“刚性骨架化”设计策略，可实现超宽频带低损耗绝缘材料的系统优化，为未来>100 GHz的6G通信、毫米波封装及光电子集成器件提供理想候选。
研究团队后续将进一步结合太赫兹光谱与分子动力学模拟，探讨氟化PI中链段振动与能量耗散的微观机制。
论文信息
R. Sawada, H. Liu, S. Yanagimoto, Y. Yanagimoto, S. Ando
“Extremely Low Humidity and Frequency Dependences of Dielectric Properties of Highly Fluorinated Polyimides in the 10–330 GHz Range.”
ACS Applied Polymer Materials 2025. DOI: 10.1021/acsapm.5c02706.
文章链接（全文开放获取）：
https://doi.org/10.1021/acsapm.5c02706
相关进展
东京科学大学安藤慎治教授团队：聚酰亚胺在GHz频段下的吸湿与介电损耗机制
东京工业大学安藤慎治教授团队：聚酰亚胺的压力诱导室温磷光增强现象
东京工业大学安藤慎治教授团队 Appl. Phys. Lett.：聚酰亚胺在6G频率范围内的介电特性
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