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四川大學(xué)陳英紅/廣西大學(xué)程芳超、石紹宏 Nano-Micro Lett.:3D打印碳基電磁屏蔽支架用于集成電子電磁輻射防護(hù)
2024-01-18  來源:高分子科技

  5G乃至6G等無線通訊技術(shù)的革新極大促進(jìn)了國防科技的進(jìn)步與發(fā)展。然而,無線電磁波在傳播過程所引起的電磁輻射污染問題,已是現(xiàn)階段通訊系統(tǒng)維護(hù)與人體健康保障面臨的重大難題,發(fā)展電磁屏蔽材料與器件是解決電磁輻射污染的關(guān)鍵途徑。通常,傳統(tǒng)金屬基電磁屏蔽材料是實(shí)現(xiàn)電子元件電磁防護(hù)的重要組件,其通過模具制造成型,并集成、組裝至電子元件內(nèi)部,從而實(shí)現(xiàn)電子元件的電磁兼容。但金屬基材本身存在高密度、高剛度、難成型及潛在的二次輻射污染等缺陷,一定程度制約著其廣泛應(yīng)用。同時,傳統(tǒng)金屬屏蔽件的集成往往需占據(jù)電子設(shè)備內(nèi)部的額外空間,難滿足電子元件小型化、集成化的應(yīng)用需求。因此,研究新型多樣化、高性能的電磁屏蔽結(jié)構(gòu),更好實(shí)現(xiàn)集成電子的電磁防護(hù)目標(biāo),將極大促進(jìn)電磁屏蔽組件在多場景電磁環(huán)境下的發(fā)展與應(yīng)用。



  近期,為制備具有多樣化結(jié)構(gòu)和高效電磁屏蔽效能的功能組件,廣西大學(xué)石紹宏博士、程芳超副教授四川大學(xué)陳英紅教授合作,提出了一種利用3D打印增材制造技術(shù)成型碳基電磁屏蔽支架的新思路、新方法。該方法將3D打印支架與電子封裝材料相結(jié)合,并成功集成至電子元件上,在兼顧電子元件小型化、集成化需求的同時,實(shí)現(xiàn)了理想的電磁屏蔽功能。本研究主要以纖維素作為膠粘劑,通過引入不同比例的石墨烯(Gr)和碳納米管(CNT)功能粒子,精細(xì)調(diào)控復(fù)合流體的流變性能,制備了可3D打印的高碳基(~80%)功能油墨。結(jié)合3D打印自由設(shè)計(jì)與制造的特色,成型了結(jié)構(gòu)可定制化的電磁屏蔽支架。測試結(jié)果表明,該打印支架既具有輕量化結(jié)構(gòu)(0.076 g cm-3),也表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽性能(61.4 dB,電磁波透過率<0. 0001%,比屏蔽>800 dB cm3 g-1)。同時,替代傳統(tǒng)金屬屏蔽件,集成至電子設(shè)備的碳基電磁組件,完全適配電子元件的電磁防護(hù)需求。該工作不僅拓展了3D打印先進(jìn)制造技術(shù)的潛在應(yīng)用前景,還將為下一代高性能碳基電磁屏蔽組件的設(shè)計(jì)與制造提供了創(chuàng)新思路。 


圖1. Gr@CNT功能油墨的流變性能和可打印性 


圖2. 3D打印支架的電磁屏蔽特性
 

圖3. 電磁屏蔽組件的電磁輻射防護(hù)與輔助散熱性質(zhì)

  上述工作以“3D-Printed Carbon-Based Conformal Electromagnetic Interference Shielding Module for Integrated Electronics”為題,發(fā)表在Nano-Micro Letters》(IF =26.6上,論文第一作者為廣西大學(xué)石紹宏博士,通訊作者為廣西大學(xué)程芳超副教授和四川大學(xué)陳英紅教授。圍繞3D打印電磁功能材料與器件的研究,該團(tuán)隊(duì)已在 Carbohyd. Polym. 2023, 120945; Chem. Eng. J. 2022, 138248; Compos Part B-Eng. 2021, 109500等期刊上發(fā)表了相關(guān)研究論文。這些研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52303036)、廣西壯族自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2020GXNSFAA297028)、四川省自然科學(xué)基金(2023NSFSC0986)等項(xiàng)目重點(diǎn)支持。


  全文鏈接:https://doi.org/10.1007/s40820-023-01317-w 

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