深圳先進院開發(fā)出高性能柔性液態(tài)金屬復(fù)合屏蔽材料
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院、深圳先進電子材料國際創(chuàng)新研究院孫蓉團隊在Chemical Engineering Journal期刊以Flexible liquid metal/cellulose nanofiber composites film with excellent thermal reliability for highly efficient and broadband EMI shielding為題發(fā)表了研究成果（DOI: 10.1016/j.cej.2021.129962），碩士生廖思遠為論文第一作者，萬艷君副研究員和朱朋莉研究員為共同通訊作者。
柔性、高效電磁屏蔽材料在電子器件，信息通訊等領(lǐng)域具有重要意義，傳統(tǒng)金屬屏蔽材料，包括金屬框、金屬板和金屬網(wǎng)等都受剛性大和不易彎折等缺點限制。為此，研究人員選取柔性的液態(tài)金屬（Liquid Metal，LM）為填料、纖維素納米纖維（Cellulose Nanofiber，CNF）為基體，利用LM優(yōu)異的流動性，在剪切力作用下，LM被分散成小液滴，其表面與空氣接觸會被氧化生成絕緣的氧化鎵殼，同時與富含-OH和-COOH的CNF相互作用，經(jīng)冷凍干燥形成穩(wěn)定的LM/CNF復(fù)合物。通過機械壓膜，相互隔離和絕緣的LM液滴被擠破重新形成導(dǎo)電通路，獲得了具有層間結(jié)構(gòu)的LM/CNF復(fù)合屏蔽膜。具有多層電子傳輸路徑的LM/CNF復(fù)合膜電導(dǎo)率高達96000S/m，在4-18GHz的寬頻范圍內(nèi)，電磁屏蔽效能高達65dB（300μm）。120oC熱處理8小時后，電磁屏蔽效能依然保持穩(wěn)定。采用建模仿真，進一步證實LM/CNF復(fù)合膜以反射損耗為主的屏蔽機理，這與實驗結(jié)果一致。
此外，在前期工作中，研究團隊設(shè)計制備了一系列高效、輕質(zhì)、柔性的電磁屏蔽材料，并對相關(guān)電磁屏蔽機理進行了深入的探討。開展的工作包括超高強度致密化碳納米管薄膜（Wan YJ, et al, ACS Nano, 2020, 14, 14134-14145），輕質(zhì)、耐腐蝕的碳包覆銀納米線雜化海綿屏蔽材料（Wan YJ, et al, Small, 2018, 1800534），以及具有高化學(xué)穩(wěn)定性的MXene屏蔽材料（Wan YJ, et al, Chemical Engineering Journal, 2021, 408, 127303）等，為新型屏蔽材料的發(fā)展提供了有力的理論與技術(shù)支撐。
相關(guān)工作得到了科技部重點研發(fā)專項、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、深圳先進院優(yōu)秀青年基金等項目的資助。
圖 (a) LM/CNF復(fù)合薄膜的制備流程圖; (b) LM/CNF復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的電磁屏蔽效能; (c) LM/CNF復(fù)合薄膜的電磁屏蔽仿真結(jié)果。
