隨著電子產品的小型化、高度集成化和高頻化,其內部熱量積累和電磁干擾問題日益嚴重,兼具高熱導率和高效電磁波吸收性能的多功能彈性材料是解決該問題的理想選擇。與電磁屏蔽材料相比,吸波材料可有效減少電磁波的反射,避免電磁波二次污染。在吸波材料微觀結構設計中,需要材料內部的吸波成分充分分散、隔離,以提高吸波效果、拓寬頻率范圍;而提高材料導熱性能,則要求材料內部盡可能連續、低缺陷、少界面,形成連續導熱通路網絡。導熱材料與吸波材料在微觀結構設計方面存在的矛盾,極大增加了在同一材料上同時實現高導熱與高效吸波的難度。
圖2 取向化結構NiCO@CFs彈性體實物及其厚度與取向角度調控。
圖3 NiCO@CFs彈性體的結構、導熱性能和機械性能。a–e) NA、A0、A30、A60和A90的橫截面SEM圖像以及碳元素分布和快速傅里葉變換圖像的相應能譜映射;f)不同取向角度的NiCO@CFs彈性體面外導熱系數比較;g)不同取向角的NiCO@CFs彈性體放置在恒溫加熱臺上的表面溫度-時間曲線;h)具有不同取向角的NiCO@CFs彈性體的連續紅外圖像,將其放置在恒溫為180°C的加熱板上;i)垂直排列的CF和NiCO@CFs陣列彈性體的熱導率與最近報道的文獻的比較;j)基于Agari模型的實驗熱導率擬合,插圖為A90(垂直取向樣品)的熱傳導路徑示意圖;k)不同取向角的NiCO@CFs彈性體的壓縮應力-應變曲線。l)A90的恢復率和相應的壓應力-應變曲線(插圖);m)A90的溫度曲線的存儲和損耗模量。
圖5 NiCO@CFs彈性體的電磁波吸收性能。計算的理論RL值為a)A0,b)A30,c)A60和d)A90的3D曲線;e)EAB和RLmin的比較,具有不同取向角和質量分數的NiCO@CFs彈性體;f)不同取向角和質量比的彈性體NiCO@CFs EAB分布;g)NiCO@CFs彈性體與其他電磁波吸收材料的EAB和RLmin比較。
圖6 不同取向角的陣列NiCO@CFs彈性體的電磁波吸收性能比較;a)反射損耗,Zin/Z0,以及NiCO@CFs彈性體在3.88 mm選擇性厚度下的衰減常數α;b)調控NiCO@CFs彈性體電磁波吸收性能的策略示意圖。
圖7 多功能陣列NiCO@CFs彈性體的工作機理。a)電場和磁場的模擬。b) 熱通道路徑示意圖;c)綜合性能比較,包括導熱系數(λ)、最小反射損耗(RLmin)和有效吸收帶寬(EAB)。
原文鏈接:A Through-thickness Arrayed Carbon Fibers Elastomer with Horizontal Segregated Magnetic Network for Highly Efficient Thermal Management and Electromagnetic Wave Absorption
Zhen Zhang, Jianda Wang, Jian Shang, Yadong Xu, Yan-Jun Wan, Zhiqiang Lin*, Rong Sun, and Yougen Hu*
Small DOI: 10.1002/smll.202205716
https://doi.org/10.1002/smll.202205716
作者介紹

林志強 本文通訊作者
中國科學院深圳先進技術研究院 副研究員
主要研究領域為高性能電磁屏蔽、電磁波吸收材料及其在電子封裝中的應用。主持承擔國家自然科學青年科學基金、廣東省區域聯合基金-廣佛地區培育基金/青年基金、深圳市博士啟動計劃、企業委托等項目;近年來,以第一/通信作者在Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Small, Carbon, Composites Science and Technology, Nanoscale 等雜志發表期刊論文10余篇,獲得授權發明專利多項。

胡友根 本文通訊作者
中國科學院深圳先進技術研究院 副研究員
主要研究興趣為導電功能復合材料及其在電磁兼容、電互連、柔性電子等領域的應用。主持承擔國家自然科學基金面上/青年科學基金、JW科技委、工信部、深圳市技術攻關/基礎研究、企業委托等項目10余項;參與國家地方聯合工程實驗室、廣東省科研創新團隊、廣東省重點實驗室等項目。以第一作者/通訊作者在Nano-Micro Letters, Nano Energy, Small, Materials Horizons等學術期刊發表SCI論文30余篇,申請中國發明專利80余件,PCT專利4件,授權專利30余件,擔任國家自然科學基金通訊評審專家、Soft Science期刊青年編委及Nano Energy, CEJ, ACS AMI等國際期刊審稿人。
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