四川大学陈英红/广西大学程芳超、石绍宏 Nano-Micro Lett.：3D打印碳基电磁屏蔽支架用于集成电子电磁辐射防护

2024-01-18 来源：高分子科技

5G乃至6G等无线通讯技术的革新极大促进了国防科技的进步与发展。然而，无线电磁波在传播过程所引起的电磁辐射污染问题，已是现阶段通讯系统维护与人体健康保障面临的重大难题，发展电磁屏蔽材料与器件是解决电磁辐射污染的关键途径。通常，传统金属基电磁屏蔽材料是实现电子元件电磁防护的重要组件，其通过模具制造成型，并集成、组装至电子元件内部，从而实现电子元件的电磁兼容。但金属基材本身存在高密度、高刚度、难成型及潜在的二次辐射污染等缺陷，一定程度制约着其广泛应用。同时，传统金属屏蔽件的集成往往需占据电子设备内部的额外空间，难满足电子元件小型化、集成化的应用需求。因此，研究新型多样化、高性能的电磁屏蔽结构，更好实现集成电子的电磁防护目标，将极大促进电磁屏蔽组件在多场景电磁环境下的发展与应用。

近期，为制备具有多样化结构和高效电磁屏蔽效能的功能组件，广西大学石绍宏博士、程芳超副教授与四川大学陈英红教授合作，提出了一种利用3D打印增材制造技术成型碳基电磁屏蔽支架的新思路、新方法。该方法将3D打印支架与电子封装材料相结合，并成功集成至电子元件上，在兼顾电子元件小型化、集成化需求的同时，实现了理想的电磁屏蔽功能。本研究主要以纤维素作为胶粘剂，通过引入不同比例的石墨烯（Gr）和碳纳米管（CNT）功能粒子，精细调控复合流体的流变性能，制备了可3D打印的高碳基（~80%）功能油墨。结合3D打印自由设计与制造的特色，成型了结构可定制化的电磁屏蔽支架。测试结果表明，该打印支架既具有轻量化结构（0.076 g cm^-3），也表现出优异的电磁屏蔽性能（61.4 dB，电磁波透过率<0. 0001%，比屏蔽＞800 dB cm³ g^-1）。同时，替代传统金属屏蔽件，集成至电子设备的碳基电磁组件，完全适配电子元件的电磁防护需求。该工作不仅拓展了3D打印先进制造技术的潜在应用前景，还将为下一代高性能碳基电磁屏蔽组件的设计与制造提供了创新思路。

图1. Gr@CNT功能油墨的流变性能和可打印性

图2. 3D打印支架的电磁屏蔽特性

图3. 电磁屏蔽组件的电磁辐射防护与辅助散热性质

上述工作以“3D-Printed Carbon-Based Conformal Electromagnetic Interference Shielding Module for Integrated Electronics”为题，发表在《Nano-Micro Letters》（IF =26.6）上，论文第一作者为广西大学石绍宏博士，通讯作者为广西大学程芳超副教授和四川大学陈英红教授。围绕3D打印电磁功能材料与器件的研究，该团队已在 Carbohyd. Polym. 2023, 120945; Chem. Eng. J. 2022, 138248; Compos Part B-Eng. 2021, 109500等期刊上发表了相关研究论文。这些研究工作得到国家自然科学基金项目（52303036）、广西壮族自治区自然科学基金项目（2020GXNSFAA297028）、四川省自然科学基金（2023NSFSC0986）等项目重点支持。

全文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01317-w

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻