受“墨鱼”仿生结构启发制备具有优异热管理性电磁屏蔽的复合材料

热管理博览会 2023年7月20日浏览：1745 评论：1

来源 | Advanced Materials Technology

背景介绍

随着电子器件的广泛使用和集成电路的精细化和小型化，电子器件功率密度的不断提高，单位时间内产生的大量废热将积聚在电子器件内部。大多数高精度电子器件对温度波动极为敏感，因此对稳定的工作温度有很高的要求。此外电子设备在运行过程中不可避免地会产生高频电磁波的危害。这种产生的电磁波不仅对邻近的电子系统产生负面影响，而且对人体健康也有不可忽视的影响。

要注意的是，热管理和电磁干扰屏蔽总是相关的。例如，电子设备工作时，电子系统温度升高会导致电磁干扰屏蔽效率下降。此外，EMI屏蔽功能材料吸收电磁波并将其转化为热量，这也会影响电子设备的工作温度。因此，迫切需要实现具有优异热管理和电磁干扰屏蔽效果的双功能材料。

数十亿年来，生物进化出了复杂的功能系统，给人类留下了许多值得学习的场景。然而，对墨鱼自电磁屏蔽伪装的仿生研究很少涉及。许多大型海洋捕食者，如鲨鱼，在很大程度上依赖于它们的嘴和鼻子上的敏感传感器来捕捉其他猎物发出的电磁波。值得注意的是，当捕食者靠近时，墨鱼会通过冻结呼吸来屏蔽其生物电磁场，从而保护自己不被发现。

受墨鱼在被捕食风险时冻结呼吸屏蔽生物电磁场机制的启发，可以合理设计一种基于自变形液态金属网络的新型智能EMI屏蔽功能材料，同时提供电子器件的自适应热管理。液态金属网络的收缩可以屏蔽电子操作过程中产生的电磁波，就像墨鱼在有被捕食风险的情况下屏蔽生物电磁场一样。同时，收缩的液态金属网络还可以增强电子器件的散热性能。

成果掠影

近期，上海交通大学邓涛教授和宋成轶教授受墨鱼在被捕食风险时冻结呼吸屏蔽生物电磁场机制的启发设计一种具有自适应电磁波干扰屏蔽和热管理功能的功能材料。液晶弹性体基体赋予了LGN-LCE在热激活下的动态自变形特性，从而使液态金属网络具有可调的导热/导电性。随着周围温度的升高，LGN-LCE的导热系数可提高到10.3 W/mK，电导率可提高到4.3 × 105 S/m。这种导电性的提高有助于增强LGN-LCE的电磁干扰屏蔽性能，在X波段内，LGN-LCE的最小电磁干扰屏蔽效能可从48 dB提高到62 dB。这项工作不仅为合理设计自适应电磁干扰屏蔽和热管理系统铺平了新的道路，而且在热管理材料、电磁干扰材料、柔性电子材料、智能材料、人工智能系统、生物医学和航空航天等领域具有良好的实际应用前景。研究成果以“Cuttlefish-Inspired Self-Adaptive Liquid Metal Network Enabling Electromagnetic Interference Shielding and Thermal Management”为题发表于《Advanced Materials Technologies》。