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(jì) 2023-07-21

來(lái)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(shí)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(duì)溫度波動(dòng)極為敏感，因此對(duì)穩(wěn)定的工作溫度有很高的要求。此外電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生高頻電磁波的危害。這種產(chǎn)生的電磁波不僅對(duì)鄰近的電子系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，而且對(duì)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(shí)，電子系統(tǒng)溫度升高會(huì)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(huì)影響電子設(shè)備的工作溫度。因此，迫切需要實(shí)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(lái)，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(chǎng)景。然而，對(duì)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(lái)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(shí)，墨魚會(huì)通過(guò)凍結(jié)呼吸來(lái)屏蔽其生物電磁場(chǎng)，從而保護(hù)自己不被發(fā)現(xiàn)。

受墨魚在被捕食風(fēng)險(xiǎn)時(shí)凍結(jié)呼吸屏蔽生物電磁場(chǎng)機(jī)制的啟發(fā)，可以合理設(shè)計(jì)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(shí)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(guò)程中產(chǎn)生的電磁波，就像墨魚在有被捕食風(fēng)險(xiǎn)的情況下屏蔽生物電磁場(chǎng)一樣。同時(shí)，收縮的液態(tài)金屬網(wǎng)絡(luò)還可以增強(qiáng)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(xiǎn)時(shí)凍結(jié)呼吸屏蔽生物電磁場(chǎng)機(jī)制的啟發(fā)設(shè)計(jì)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(dòng)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(qiáng)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(xiàng)工作不僅為合理設(shè)計(jì)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(shí)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