物聯(lián)網(wǎng)與 5G 等高頻通信技術(shù)的快速發(fā)展，對低成本、環(huán)保且具有低介電性能的射頻基板提出了迫切需求，尤其是在 Sub-6 GHz 頻段的一次性應(yīng)用場景，如微醫(yī)療設(shè)備、物流追蹤、智能包裝中，基板需兼顧介電穩(wěn)定性、機械性能、印刷適應(yīng)性與環(huán)境友好性。纖維素作為地球上儲量豐富的天然聚合物，具有成本低廉、可降解、處置方式多樣的天然優(yōu)勢，成為替代傳統(tǒng)石油基聚合物的理想候選 —— 后者雖介電性能優(yōu)異，但環(huán)保性不足，難以支撐一次性應(yīng)用。

傳統(tǒng)纖維素基材料存在顯著技術(shù)瓶頸：天然纖維素介電常數(shù)偏高，商用紙張為追求強度犧牲了孔隙率，介電常數(shù)仍達(dá) 3.2 左右，且纖維結(jié)構(gòu)固定無法進(jìn)一步優(yōu)化。纖維素衍生物雖可通過溶液成膜改善介電性能，但需額外造孔步驟，制備工藝復(fù)雜且會降低生物降解性；同時現(xiàn)有纖維素基基板制備要么依賴高成型壓力，要么存在重金屬殘留、介電常數(shù)調(diào)控困難等問題，難以同時滿足低介電（εr 2-3）、良好機械性能、印刷適配性及安全處置的綜合要求。

針對上述問題，由武漢理工大學(xué)等組成的研究團(tuán)隊利用澤攸科技的ZEM系列臺式掃描電鏡進(jìn)行了系統(tǒng)研究，該團(tuán)隊核心創(chuàng)新在于通過 TEMPO 介導(dǎo)氧化增強纖維素紙漿水分散性，經(jīng)真空過濾與熱壓干燥制備出介電常數(shù)可在超低 k（~2）至低 k（~3）間靈活調(diào)控、機械性能媲美商用復(fù)印紙、印刷適配性優(yōu)良且可通過焚燒或再分散安全處置的氧化纖維素手抄紙，為 Sub-6 GHz 頻段一次性印刷電子基板提供了低成本環(huán)保解決方案。

氧化度調(diào)控：纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)化與基材基礎(chǔ)性能奠定

為解決傳統(tǒng)纖維素基材成型壓力高、機械性能與介電性能難以兼顧的問題，研究團(tuán)隊通過 TEMPO 介導(dǎo)氧化技術(shù)制備了不同氧化度的纖維素紙漿（TOC-0.25 至 TOC-1.0），并經(jīng)真空過濾與 1.2 kPa 低壓力熱壓干燥形成手抄紙（TOCP）。借助澤攸科技掃描電子顯微鏡對 TOCP 的表面與斷面形態(tài)進(jìn)行觀察，清晰呈現(xiàn)了氧化度對纖維結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用：低氧化度的 TOCP-0.25 纖維橫向尺寸更大，上表面形成豐富孔隙結(jié)構(gòu)。

隨著氧化度升高，纖維橫向尺寸逐漸減小，纖維間纏結(jié)與相互作用增強，促使基材形成更致密的堆疊結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅使 TOCP 的拉伸強度高達(dá) 37.0 MPa，媲美商用復(fù)印紙的 34.6 MPa，斷裂伸長率提升至 7.4%，遠(yuǎn)超商用紙的 1.6%，還為后續(xù)介電性能調(diào)控奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

圖 氧化纖維素手抄紙（TOCP）（A）、共混復(fù)合 TOCP（B）及堆疊復(fù)合 TOCP（C）的過濾與干燥流程簡化示意圖

圖 氧化纖維素手抄紙（TOCP）樣品的上表面形貌（A），圖中紅色虛線和藍(lán)色虛線分別代表 TOCP-0.25 中的大孔和小孔；TOCP 樣品的下表面形貌（B）；TOCP 樣品的 TEMPO 氧化纖維素（TOC）纖維尺寸分布（C）

孔隙與介電協(xié)同：從單一基材到復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能可調(diào)

針對高頻通信對低介電基材的精準(zhǔn)需求，研究團(tuán)隊重點探究了氧化度與孔隙結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用對介電性能的影響。通過汞侵入法（MIP）測試發(fā)現(xiàn)，TOCP 的孔隙率隨氧化度升高從 51.9%（TOCP-0.25）降至 7.7%（TOCP-1.0），對應(yīng)的 2 MHz 下介電常數(shù)從 2.0（超低 k）逐步升高至 3.02（低 k），且所有樣品的介電損耗均低于 0.1。

圖 軟木漂白硫酸鹽紙漿（SBKP）與氧化纖維素手抄紙（TOCP）樣品的纖維尺寸分布統(tǒng)計結(jié)果

圖 軟木漂白硫酸鹽紙漿（SBKP）與氧化纖維素手抄紙（TOCP）樣品在不同溫度熱氧化處理后的顏色對比，及紙漿與 TOCP-1.0 熱氧化樣品在 1800?1600 cm?1 區(qū)間的 FTIR 擬合曲線（A）；TOCP 樣品的柔韌性與拉伸性能（B）；TOCP/EC 樣品的疏水改性流程、FTIR 光譜及水接觸角（C）

為進(jìn)一步拓展性能適配范圍，團(tuán)隊通過混合不同氧化度 TOC或堆疊濾餅構(gòu)建復(fù)合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了介電常數(shù)在 2.0-3.0 區(qū)間的靈活調(diào)控，其中堆疊結(jié)構(gòu)的介電性能可通過串聯(lián)電容模型精準(zhǔn)預(yù)測。此外經(jīng)乙基纖維素（EC）改性后，TOCP/EC 樣品的介電性能保持穩(wěn)定，同時具備約 70° 的靜態(tài)水接觸角，滿足實際應(yīng)用中的防水需求。

應(yīng)用適配與環(huán)保閉環(huán)：印刷性能優(yōu)化與安全處置實現(xiàn)

為推動基材在 Sub-6 GHz 印刷電子中的實際應(yīng)用，研究團(tuán)隊聚焦印刷適配性與環(huán)保處置兩大核心需求。澤攸科技掃描電子顯微鏡觀察證實，TOCP底部表面因真空過濾過程中與 PTFE 濾膜緊密貼合，形成了致密光滑的結(jié)構(gòu)，有效減少了印刷時的油墨滲漏，提升了圖案精度。通過絲網(wǎng)印刷制備的圖形片電阻低于 15 mΩ/sq，滿足射頻應(yīng)用的導(dǎo)電需求。而 EC 改性進(jìn)一步密封了基材表面孔隙，避免了油墨滲透對介電性能的影響。在處置方式上，該手抄紙可通過焚燒實現(xiàn)無害化處理，也可通過再分散分離銀圖案與纖維素，實現(xiàn)資源回收，形成 “制備 - 應(yīng)用 - 處置" 的環(huán)保閉環(huán)。

圖 TOCP-0.25、TOCP-0.5、TOCP-0.75、TOCP-1.0 及 TOCP-1.0/EC 樣品的印刷圖案數(shù)碼照片（A），印刷圖案包含星形單元、圓形單元、方形單元及謝爾賓斯基地毯單元；TOCP/EC 樣品的焚燒處理流程（B）；TOCP/EC 樣品的再分散處理流程（C）

澤攸科技ZEM系列掃描電鏡是一款集成度高、便攜性強且經(jīng)濟實用的科研設(shè)備。它具備快速抽真空、高成像速度、多樣的信號探測器選擇，適用于形貌觀測和成分分析，還能適配多種原位實驗需求。該設(shè)備對安裝環(huán)境要求低，不挑樓層，操作簡單，非專業(yè)人士也能快速上手，能夠更廣泛地應(yīng)用于新材料研發(fā)、生命科學(xué)、失效分析、工業(yè)質(zhì)檢等多個領(lǐng)域，為廣大科研院所和企業(yè)用戶提供了一套兼具高性能與高性價比的強大微觀表征解決方案。

圖 澤攸科技ZEM系列掃描電鏡

澤攸科技專注于掃描電子顯微鏡、原位測量系統(tǒng)、臺階儀、納米位移臺、光柵尺、探針臺、電子束光刻機、二維材料轉(zhuǎn)移臺、超高真空組件及配件、壓電物鏡、等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)等精密設(shè)備的研究，滿足國家在科學(xué)精密儀器領(lǐng)域的諸多空白。澤攸科技以自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)為核心，依托一支專業(yè)的研發(fā)與生產(chǎn)團(tuán)隊，經(jīng)過二十多年的技術(shù)積累，在半導(dǎo)體加工設(shè)備和材料表征測量領(lǐng)域已屬于國內(nèi)頭部。公司承擔(dān)和參與了國家重點研發(fā)計劃、國家重大科研裝備研制項目等多個重量級科研項目，多次實現(xiàn)國內(nèi)材料表征測量設(shè)備的“國產(chǎn)替代"，相關(guān)產(chǎn)品具有較好的國際聲譽、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)被國際盛名期刊采納。