受“墨魚”仿生結構啟發制備了具有優異熱管理性和電磁屏蔽性能的復合材料

熱設計 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化和小型化，電子器件功率密度的不斷提高，單位時間內產生的大量廢熱將積聚在電子器件內部。大多數高精度電子器件對溫度波動極為敏感，因此對穩定的工作溫度有很高的要求。此外電子設備在運行過程中不可避免地會產生高頻電磁波的危害。這種產生的電磁波不僅對鄰近的電子系統產生負面影響，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的。例如，電子設備工作時，電子系統溫度升高會導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化為熱量，這也會影響電子設備的工作溫度。因此，迫切需要實現具有優異熱管理和電磁干擾屏蔽效果的雙功能材料。

數十億年來，生物進化出了復雜的功能系統，給人類留下了許多值得學習的場景。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出的電磁波。值得注意的是，當捕食者靠近時，墨魚會通過凍結呼吸來屏蔽其生物電磁場，從而保護自己不被發現。

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

02 成果掠影

近期，上海交通大學鄧濤教授和宋成軼教授受墨魚在被捕食風險時凍結呼吸屏蔽生物電磁場機制的啟發設計一種具有自適應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在熱激活下的動態自變形特性，從而使液態金屬網絡具有可調的導熱/導電性。隨著周圍溫度的升高，LGN-LCE的導熱系數可提高到10.3 W/mK，電導率可提高到4.3 × 105 S/m。這種導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，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計自適應電磁干擾屏蔽和熱管理系統鋪平了新的道路，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、生物醫學和航空航天等領域具有良好的實際應用前景。研究成果以“Cuttlefish-Inspired Self-Adaptive Liquid Metal Network Enabling Electromagnetic Interference Shielding and Thermal Management”為題發表于《Advanced Materials Technologies》。

03 圖文導讀