Avec le déploiement complet des réseaux 5G et l’accélération de la recherche sur les réseaux 6G, la demande en matériaux diélectriques à faible perte pour les communications à haute fréquence croît de manière urgente. L’équipe du professeur Kenichi Oizumi de l’Institut des sciences et de l’ingénierie de l’Université Waseda, au Japon, a réussi à développer un polymère à très faible perte diélectrique basé sur des dérivés de polyphénylène sulfide (PPS) grâce à une conception moléculaire innovante, offrant une solution clé pour les équipements de télécommunication à haute fréquence. Ce matériau affiche une stabilité exceptionnelle des performances diélectriques dans la gamme de fréquences de 10 GHz à 80 GHz, ce qui en fait un matériau isolant essentiel pour les communications 5G/6G à haute fréquence.

Les systèmes de communication à haute fréquence utilisent des ondes électromagnétiques de dizaines à centaines de gigahertz (GHz), où les signaux sont très sensibles aux pertes de transmission, aux interférences et aux distorsions. Bien que les diélectriques à base de polymères traditionnels offrent une flexibilité, ils peinent à combiner une faible constante diélectrique (Dk) et un faible facteur de perte (Df). L’équipe de recherche, en prenant le poly(2,6-diméthyl-1,4-phénylène oxyde) (PPO) comme référence, a synthétisé le poly(2,6-diméthyl-1,4-phénylène sulfide) (PMPS) et ses copolymères P1 et P2 en remplaçant l’atome d’oxygène par un atome de soufre. Les tests montrent que le PMPS présente un Dk de 2,80 et un Df de 0,00087 à 10 GHz, nettement supérieur au Df du PPO ; le copolymère P1 atteint un Df de 0,0012 à 80 GHz, avec une dépendance fréquentielle minimale, démontrant une adaptabilité exceptionnelle aux hautes fréquences.

L’étude révèle que l’introduction de l’atome de soufre augmente la polarisabilité des liaisons carbone-soufre par rapport aux liaisons carbone-oxygène, tout en réduisant le moment dipolaire, ce qui est clé pour réduire le Df. Dans les copolymères P1 et P2, l’arrangement alterné des séquences soufre-oxygène renforce les interactions intermoléculaires, inhibant la mobilité moléculaire et maintenant ainsi la stabilité du Df sur une large gamme de fréquences. Par exemple, le Df de P1 à 80 GHz est 62 % inférieur à celui du PPO, avec une excellente stabilité thermique (température de décomposition >400 °C), répondant aux exigences de durabilité des équipements à haute fréquence. L’équipe a confirmé, par comparaison des performances du PPO, du PMPS et des copolymères, que l’augmentation de la teneur en soufre est une stratégie efficace pour réduire le Df. Le professeur Oizumi a déclaré : « La stratégie de substitution de l’oxygène par le soufre offre un nouveau paradigme pour la conception de polymères à très faible perte diélectrique, une étape clé vers des matériaux pratiques pour les télécommunications au-delà de la 5G. »