电子材料院团队开发出高性能柔性液态金属复合屏蔽材料

近日,中国科学院深圳先进技术研究院、深圳先进电子材料国际创新研究院在Chemical Engineering Journal期刊以Flexible liquid metal/cellulose nanofiber composites film with excellent thermal reliability for highly efficient and broadband EMI shielding为题发表了研究成果(DOI: 10.1016/j.cej.2021.129962),硕士生廖思远为论文第一作者,万艳君副研究员和朱朋莉研究员为共同通讯作者。


柔性、高效电磁屏蔽材料在电子器件,信息通讯等领域具有重要意义,传统金属屏蔽材料,包括金属框、金属板和金属网等都受刚性大和不易弯折等缺点限制。为此,研究人员选取柔性的液态金属(Liquid Metal,LM)为填料,纤维素纳米纤维(Cellulose Nanofiber,CNF)为基体,利用LM优异的流动性,在剪切力作用下,LM被分散成小液滴,其表面与空气接触会被氧化生成绝缘的氧化镓壳,同时与富含-OH和-COOH的CNF相互作用,经冷冻干燥形成稳定的LM/CNF复合物。通过机械压膜,相互隔离和绝缘的LM液滴被挤破重新形成导电通路,获得了具有层间结构的LM/CNF复合屏蔽膜。具有多层电子传输路径的LM/CNF复合膜电导率高达96000 S/m,在4-18 GHz的宽频范围内,电磁屏蔽效能高达65 dB(300 µm)。120 oC热处理8小时后,电磁屏蔽效能依然保持稳定。采用建模仿真,进一步证实LM/CNF复合膜以反射损耗为主的屏蔽机理,这与实验结果一致。


此外,在前期工作中,研究团队设计制备了一系列高效、轻质、柔性的电磁屏蔽材料,并对相关电磁屏蔽机理进行了深入的探讨。开展的工作包括超高强度致密化碳纳米管薄膜(Wan YJ, et alACS Nano 2020, 14, 14134-14145),轻质、耐腐蚀的碳包覆银纳米线杂化海绵屏蔽材料(Wan YJ, et al, Small, 2018, 1800534),以及具有高化学稳定性的MXene屏蔽材料(Wan YJ, et al, Chemical Engineering Journal, 2021, 408, 127303)等,为新型屏蔽材料的发展提供了有力的理论与技术支撑。


相关工作得到了科技部重点研发专项(2016YFA0202702)、广东省基础与应用基础研究基金(2019A1515111034)、深圳先进院优秀青年基金(Y8G028)等项目的资助。


论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721015461


图 (a) LM/CNF复合薄膜的制备流程图; (b) LM/CNF复合薄膜具有优异的电磁屏蔽效能;(c) LM/CNF复合薄膜的电磁屏蔽仿真结果。