成果简介
为了解决大功率集成电子设备的电磁干扰（EMI）屏蔽和热障问题，迫切需要嵌入高填充物载荷（≥50wt%）的聚合物复合材料。然而，由于加工性困难和柔韧性差，设计具有高填料负荷的聚合物复合材料仍然是一个挑战。本文，四川大学贾利川副研究员、鄢定祥研究员等在《Carbon》期刊发表名为”High-efficiency electromagnetic interference shielding and thermal management of high-graphene nanoplate-loaded composites enabled by polymer-infiltrated technique”的论文，研究通过可处理且可扩展的聚合物渗透技术实现了高石墨烯纳米片负载的聚氨酯（GNP/PU）复合材料，其中GNP面对面紧密接触并沿面内方向排列。这种结构的形成为GNP/PU复合材料中电子和声子的传输提供了良好的通道。
令人印象深刻的是，GNP/PU复合材料表现出较强的EMI屏蔽和导热性，具有67.6 dB（0.4 mm厚）的优异EMI屏蔽效果和41.60 W/（m·K）的极高导热系数。此外，GNP/PU复合材料被证明具有优异的机械柔韧性、EMI屏蔽稳定性和热管理能力。GNP/PU复合材料具有良好的综合性能和高加工性能，在高度集成的电子领域具有广阔的EMI屏蔽和热管理应用前景。
图文导读
图1.GNP/PU薄膜的制备示意图
图2。（a） PU网的SEM图像。（b） PU网的放大SEM图像。（c） GNP的SEM图像。（d） GNP涂层PU混合物的顶面SEM图像。（e） GNP涂层PU混合物的表面SEM图像。（f） GNP50薄膜的表面SEM图像。（g–k）GNP60的照片。
图3。（a） GNP50薄膜的SEM图像。（b–c）GNP50薄膜的放大SEM图像（e，f）GNP含量为50wt%的r-GNP/PU薄膜的SEM图像。（g） PU熔化和渗透到GNP层的过程示意图。
图4. (a) GNP/PU薄膜和r-GNP60薄膜的电导率。(b) GNP/PU薄膜和PU薄膜的EMI SE。(c) GNP/PU薄膜在10.3GHz和100μm厚度下的实验和理论EMI SE。(d) GNP/PU薄膜的SER和SEA。(e) 10.3 GHz时GNP/PU薄膜的功率系数。(f) GNP/PU薄膜的EMI SE与样品厚度。(g) 在10.3GHz下，不同样品厚度的GNP/PU薄膜的SETotal、SER和SEA。(h) GNP/PU薄膜的EMI屏蔽机制示意图。(j-k)显示GNP60薄膜被放入特斯拉线圈系统后的EMI屏蔽效果的照片。
图5、GNP/PU薄膜被的EMI屏蔽性能
小结
综上所述。本文开发了一种易于处理且可扩展的聚合物渗透技术策略，用于设计高GNP负载超过50 wt%的GNP/PU薄膜。得益于其致密有序结构的形成， GNP/PU薄膜表现出优异的EMI屏蔽和导热性能。这项工作为制造具有高填料含量的聚合物复合材料提供了一种有吸引力的策略，以解决高功率集成电子设备的EMI屏蔽和热障问题。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2023.118096
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