受“墨魚”仿生結(jié)構(gòu)啟發(fā)制備了具有優(yōu)異熱管理性和電磁屏蔽性能的復(fù)合材料

熱設(shè)計 2023-07-21

來源：Advanced Materials Technology

原文：https://doi.org/10.1002/admt.202300102

01 背景介紹

隨著電子器件的廣泛使用和集成電路的精細(xì)化和小型化，電子器件功率密度的不斷提高，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的大量廢熱將積聚在電子器件內(nèi)部。大多數(shù)高精度電子器件對溫度波動極為敏感，因此對穩(wěn)定的工作溫度有很高的要求。此外電子設(shè)備在運行過程中不可避免地會產(chǎn)生高頻電磁波的危害。這種產(chǎn)生的電磁波不僅對鄰近的電子系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，而且對人體健康也有不可忽視的影響。

要注意的是，熱管理和電磁干擾屏蔽總是相關(guān)的。例如，電子設(shè)備工作時，電子系統(tǒng)溫度升高會導(dǎo)致電磁干擾屏蔽效率下降。此外，EMI屏蔽功能材料吸收電磁波并將其轉(zhuǎn)化為熱量，這也會影響電子設(shè)備的工作溫度。因此，迫切需要實現(xiàn)具有優(yōu)異熱管理和電磁干擾屏蔽效果的雙功能材料。

數(shù)十億年來，生物進(jìn)化出了復(fù)雜的功能系統(tǒng)，給人類留下了許多值得學(xué)習(xí)的場景。然而，對墨魚自電磁屏蔽偽裝的仿生研究很少涉及。許多大型海洋捕食者，如鯊魚，在很大程度上依賴于它們的嘴和鼻子上的敏感傳感器來捕捉其他獵物發(fā)出的電磁波。值得注意的是，當(dāng)捕食者靠近時，墨魚會通過凍結(jié)呼吸來屏蔽其生物電磁場，從而保護(hù)自己不被發(fā)現(xiàn)。

受墨魚在被捕食風(fēng)險時凍結(jié)呼吸屏蔽生物電磁場機制的啟發(fā)，可以合理設(shè)計一種基于自變形液態(tài)金屬網(wǎng)絡(luò)的新型智能EMI屏蔽功能材料，同時提供電子器件的自適應(yīng)熱管理。液態(tài)金屬網(wǎng)絡(luò)的收縮可以屏蔽電子操作過程中產(chǎn)生的電磁波，就像墨魚在有被捕食風(fēng)險的情況下屏蔽生物電磁場一樣。同時，收縮的液態(tài)金屬網(wǎng)絡(luò)還可以增強電子器件的散熱性能。

02 成果掠影

近期，上海交通大學(xué)鄧濤教授和宋成軼教授受墨魚在被捕食風(fēng)險時凍結(jié)呼吸屏蔽生物電磁場機制的啟發(fā)設(shè)計一種具有自適應(yīng)電磁波干擾屏蔽和熱管理功能的功能材料。液晶彈性體基體賦予了LGN-LCE在熱激活下的動態(tài)自變形特性，從而使液態(tài)金屬網(wǎng)絡(luò)具有可調(diào)的導(dǎo)熱/導(dǎo)電性。隨著周圍溫度的升高，LGN-LCE的導(dǎo)熱系數(shù)可提高到10.3 W/mK，電導(dǎo)率可提高到4.3 × 105 S/m。這種導(dǎo)電性的提高有助于增強LGN-LCE的電磁干擾屏蔽性能，在X波段內(nèi)，LGN-LCE的最小電磁干擾屏蔽效能可從48 dB提高到62 dB。這項工作不僅為合理設(shè)計自適應(yīng)電磁干擾屏蔽和熱管理系統(tǒng)鋪平了新的道路，而且在熱管理材料、電磁干擾材料、柔性電子材料、智能材料、人工智能系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)和航空航天等領(lǐng)域具有良好的實際應(yīng)用前景。研究成果以“Cuttlefish-Inspired Self-Adaptive Liquid Metal Network Enabling Electromagnetic Interference Shielding and Thermal Management”為題發(fā)表于《Advanced Materials Technologies》。

03 圖文導(dǎo)讀