成果简介
包括5G在内的革命性通信技术及其相关的微电子设备产生了更高功率密度的新一代电子元件，这不仅会带来电磁波（EMWs）辐射污染，而且会产生大量的废热问题。为了满足先进电子元件对多功能、轻质、柔性和复杂结构的要求，本文，四川大学Yinghong Chen等研究人员在《Ind. Eng. Chem. Res.》期刊发表名为“Three-Dimensional Printing to Fabricate Graphene-Modified Polyolefin Elastomer Flexible Composites with Tailorable Porous Structures for Electromagnetic Interference Shielding and Thermal Management Application”的论文，研究通过有效结合超声分散策略和熔融沉积成型（FDM）3D打印技术，成功制备了具有可定制多孔结构的聚烯烃弹性体（POE）/石墨烯纳米颗粒（GNPs）纳米复合材料。
结果表明，构建的GNP网络结构和FDM打印的多孔结构的协同效应可以有效地提高3D打印部件的电磁屏蔽（EMI SE）性能，并满足其日益增长的热管理需求。当加入的GNP含量为10.93 vol %时，打印件的EMI屏蔽效率（SE）值可达35 dB，在最佳打印条件（50%的填充密度）下，厚度归一化的特定SE（SSE/t）值可达244.9 dB-cm2/g。此外，实现的最大导热系数为4.3 W/(m-K)，比纯POE矩阵的导热系数高1600%。印刷垫的出色灵活性也确保了其在运行期间与电子设备的良好接触。最后，COMSOL的模拟结果验证了FDM打印部件的应用可行性。这项工作为制备可定制的多功能多孔柔性部件提供了一种新的策略，有望在通信智能设备等微电子领域得到应用。
图文导读
图1. POE/GNPs丝的制备和3D打印过程示意图。
图2. PG粉末的特征。
图3. POE/GNPs丝的特征。
图4.具有100%填充密度的3D打印部件的EMI SE特性
图5.3D打印PG组件的多孔结构
图6. 基于POE的3D打印部件的导热性能
图7. 带有不同形状的结构单元的50%填充垫的数码照片（a）；印刷的柔性POE/GNPs垫的SEM图像（b）、超景深图像（c）和数码照片（d）；印刷的柔性多功能POE/GNPs垫的原理图（e）和应用于CPU散热器的模拟结果（PG10.93-50（f）、PG10.93-100（f1）、POE-50（f2）和空气（f3））。
图8、3D打印的功能部件的机械性能
小结
综上所述，通过超声分散技术在POE粒子表面创新性地包覆GNPs，制备了具有增强模量的POE/GNPs多功能长丝；成功实现了POE/GNPs复合材料的FDM 3D打印，并进一步打印出具有各种多孔结构的轻质柔性多功能打印件。通过结合3D打印结构设计的可定制性和纳米复合材料的多功能性，FDM 3D打印的POE/GNPs纳米复合材料部件可望应用于电子和热传导产业领域。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c03086
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