在 5G 时代,微型、柔性电子设备由于功率密度的提高,面临电磁干扰(EMI)和热积累的挑战。这些问题严重影响电子设备的可靠性和使用寿命,甚至威胁整个电力系统的安全运行和人类健康。此外,现代高集成度电子设备的内部空间极为有限。因此,开发具有电磁干扰屏蔽和散热双重功能的超薄柔性聚合物复合薄膜至关重要。然而,由于固体导电和导热填料在聚合物基质中难以实现完全接触,为电子和声子等电荷和热载流子建立连续的传导通道一直是一项艰巨的任务。由于固体填料取向不足或周围绝缘基质产生的“笼罩效应”等因素,即使在高填充率下,复合材料的导电性和导热性仍然难以令人满意。此外,由于固体导电填料的刚性,复合材料的柔韧性很容易受到影响。这些刚性填料在聚合物基质中形成的电子和声子通路在恶劣条件下容易出现裂缝,从而可能导致电磁干扰屏蔽和散热性能的下降。总体而言,市场对于具有良好柔韧性、超高稳定电磁干扰屏蔽效能和高效散热性能的新型聚合物复合材料的需求显著增长。因此,通过在聚合物基质中仿生构筑一种“固—液双连续”导电导热网络,有望在提升复合材料电导率和热导率的同时,改善其柔韧性,并增强其电磁干扰屏蔽和散热的稳定性。这种结构不仅能提供更高效的电子和声子通道,还能在恶劣条件下保持材料的性能,满足现代高集成度电子设备的严格要求。
具有固—液双连续导电导热网络的芳纶纤维/聚乙烯醇纳米复合材料的构筑
AP/MBLM薄膜的电磁屏蔽稳定性
AP/MBLM薄膜的热导率和散热性能
通过调控液态金属的含量,AP/MBLM纳米复合薄膜的面内热导率最高可达14.47 W/m·K,并展现出显著的热导率各向异性,这对于精密电子设备的高效热管理具有重要意义。这种各向异性源于材料内部的层状异质固-液双连续导热网络。将该薄膜与LED灯芯集成后,展现出优异的散热能力,使灯芯中心温度最大降低15.8℃,有效提高了设备的热管理效率和运行稳定性。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-51732-9
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