寧波材料所在導(dǎo)熱/電磁屏蔽雙功能復(fù)合材料研究方面取得進(jìn)展
5G時(shí)代電子設(shè)備集成度和工作頻率日益提高，設(shè)計(jì)和制備兼具電磁屏蔽和導(dǎo)熱的雙功能電子封裝材料成為解決芯片熱失效風(fēng)險(xiǎn)及電磁干擾問(wèn)題并使其高速精確工作的關(guān)鍵方案，新型高導(dǎo)熱、電磁防護(hù)碳基復(fù)合材料可以作為有效方式之一，同時(shí)能夠兼顧輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性的需求，有效保護(hù)核心部件。根據(jù)熱傳導(dǎo)路徑理論，復(fù)合材料內(nèi)部三維高導(dǎo)熱填料通路的構(gòu)建是在低填料負(fù)載下獲得高導(dǎo)熱材料的有效手段；同時(shí)，三維填料結(jié)構(gòu)有利于材料電導(dǎo)率提升并增強(qiáng)電磁波多次反射和散射，進(jìn)而促進(jìn)電磁波總能量衰減。
為此，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所碳纖維及其復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)在張永剛正高級(jí)工程師帶領(lǐng)下開(kāi)展了高功能性復(fù)合材料的研發(fā)工作，提出了一種導(dǎo)熱/電磁屏蔽雙功能協(xié)同設(shè)計(jì)的新思路——即高導(dǎo)熱/導(dǎo)電三維碳基填料結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。通過(guò)高結(jié)晶度聚合物前驅(qū)體聚酰亞胺（PI）的可控發(fā)泡及催化石墨化，獲得泡孔結(jié)構(gòu)細(xì)密、輕質(zhì)的石墨泡沫材料，其復(fù)合材料的面外熱導(dǎo)率及平均電磁屏蔽效能分別提升至10.11 W/(m·K) 、54.56 dB。基于團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)M55J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維與MXene的靜電自組裝策略，成功構(gòu)建了具有蜂窩狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的三維填料網(wǎng)絡(luò)。以此增強(qiáng)的柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）復(fù)合材料兼具優(yōu)良的導(dǎo)熱性能與電磁屏蔽效能，其平均熱導(dǎo)率達(dá)到6.99 W/(m·K），電磁屏蔽效能為76.00 dB，同時(shí)保持了良好的柔性特征。上述研究均實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱、電磁屏蔽雙功能協(xié)同，并有力證明了高導(dǎo)熱/導(dǎo)電三維碳基填料結(jié)構(gòu)構(gòu)筑這一思路的有效性。
相關(guān)研究成果分別以“Bifunctional polyimide-based graphite foam with integrated thermal conduction and electromagnetic shielding capabilities”及“Flexible CF/MXene composites with integrated thermal management and electromagnetic interference shielding performance: A 3D filler architecture route via electrostatic self-assembly”為題，發(fā)表在國(guó)際期刊Composites Science and Technology（https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111478）及Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121245）上。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.52403123）、浙江省自然科學(xué)基金（No. LQ24E030015）和寧波市自然科學(xué)基金（No.2024J118）的支持。
聚酰亞胺基泡沫碳復(fù)合材料的導(dǎo)熱/電磁屏蔽一體化設(shè)計(jì)
通過(guò)CF/MXene靜電自組裝構(gòu)建三維填料結(jié)構(gòu)
（高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室）