孙蓉团队开发出可裁切的轻质高效液态金属电磁屏蔽材料

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近日，中国科学院深圳先进技术研究院、深圳先进电子材料国际创新研究院孙蓉团队在利用可膨胀聚合物微球（EM）在限域空间中的热膨胀和微观界面自融合过程，原位构筑精细化LM导电网络，开发出具有可裁切、低密度、高压缩率、超回弹、高承载力和高电导率特性的类“金属气凝胶”LM基电磁屏蔽复合泡沫，相关成果以Tailorable, Lightweight and Superelastic Liquid Metal Monoliths for Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding为题发表于期刊Nano-Micro Letters（IF=16.419）。许亚东助理研究员为论文第一作者，胡友根副研究员、孙蓉研究员为论文共同通讯作者。  
　　随着以5G为代表的通讯技术迅速发展，电子设备间的电磁干扰等问题日益严重。电磁屏蔽材料作为最为有效的解决方案，其本质是通过屏蔽材料与器件构筑完整的“法拉第笼”来实现电磁信号的衰减，接触界面间隙是造成电磁信号泄漏和屏蔽效能降级的重要原因之一。不同于传统固相填料所形成的固化导电网络，利用具有流动性和高导电性的室温镓基液态金属 (LM)构建具有动态响应特性的导电网络有望解决接触界面处的电磁密封性问题。然而，LM 的表面张力导致其在外力作用下迁移和泄露，严重影响LM的加工性和适用性。因此开发一种制备宏观稳定、可靠的LM基电磁屏蔽复合材料仍然存在挑战。

　　LM/EM材料限域成型过程的微观结构变化示意图及力学与电磁屏蔽性能

　　LM/EM作为接触界面电磁密封材料应用的屏蔽效果与作用机理

　　研究人员利用EM热膨胀过程原位驱动LM的精细化有序分布，实现了LM导电网络在宏观稳定性和微观流动性之间的平衡；通过EM在限域中的微观界面自融合过程，同步实现导电网络构筑和EM/LM复合泡沫成型。EM/LM复合泡沫凭借其独特的内部气体填充蜂窝闭孔结构和高导电LM网络表现出轻质 （0.104 g·cm-1）、高压缩强度（3.43 MPa）、高压缩率与回弹性（90%压缩应变时的回弹率大于90%）、高导电（7891 S·m-1）等特性。此外，在极低的LM含量（2.3 vol%）下，EM/LM复合泡沫在8.2-40 GHz宽频范围内的平均电磁屏蔽效能（EMI SE）达到98.7 dB，并在实际近场屏蔽测试中显示出良好的电磁密封性。此外，该设计和制备方法具有良好的通用性，可制备具有外磁场响应性的多功能EM/LM/Ni复合泡沫材料。本工作为新型液态金属基电磁屏蔽材料的开发提供了一条新路径，并为多功能液态金属复合材料提供了一个设计原型。
　　上述研究得到了国家自然科学基金（62074154）、中国博士后科学基金（2020M682983）、广东省基础与应用基础研究基金（2020A1515110962，2020A1515110154）等项目的资助。  
　　原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-021-00766-5


        文章来源：深圳先进院
      孙蓉研究员，博士研究生导师，深圳市“双百计划”入选者。深圳先进技术研究院集成所副所长、先进材料研究中心主任，从事电子封装材料、工业润滑材料、新型节能建筑材料、锂离子动力电池材料制备与工艺等四个方面的研究。承担国家和省、部级及地方科研项目四十余项（包括国家重大专项3项）。分别担任过广东省科技厅项目评审委员会委员、深圳市科工贸与信息化委员会项目评审委员会委员、深圳市发展与改革委员会项目评审委员会委员、中国科学院深圳先进技术研究院学位评定委员会委员