中南大学Nature子刊:铜基结构电磁屏蔽材料

文摘   2024-12-20 18:01   安徽  
来源 | 中南大学
近日,中南大学材料科学与工程学院李周-龚深团队在金属电磁屏蔽材料方面的研发取得了新进展,相关成果“在铜合金中设计Ni2MnSn磁性纳米Heusler相以实现强度和电磁屏蔽性能双提升(Designing Ni2MnSn Heusler magnetic nanoprecipitate in copper alloy for increased strength and electromagnetic shielding)”发表在Nature子刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。中南大学材料科学与工程学院博士生夏卓然为该论文的第一作者,龚深教授和李周教授为该论文的通讯作者。
结构功能一体化的电磁屏蔽材料(EMSMs)一直被广泛使用于各类基站外壳等领域。随着5G通信、军用电子设备、卫星技术的应用场景不断地扩宽,要求EMSMs在具有较强的电磁屏蔽性能的同时能够承受更大的应力。目前EMSMs的设计往往采用复合化实现多重性能。然而,国内外研究者在实现超高强度(YS>1000MPa)和超高电磁屏蔽效能(在GHz频段内EMI-SE>100dB)目标时却面临巨大挑战,难以开发出同时满足两项要求的新型材料。
数据驱动的相筛选流程示意图
中南大学研究团队采用多目标驱动设计策略,在铜基体中成功获得了具有所需结构参数的纳米磁性Heusler相。所得铜合金具有高达1.5 GPa的屈服强度,并且在10 kHz至3 GHz的频率范围内,电磁波的衰减度达到99.999999999% (110 dB)。研究表明,具有优化结构参数(高数密度:5×1023m3,小尺寸:23 nm,大长径比:4,低失配:2.3%,强结合:-0.316 eV/atom,磁有序:4.05 μB/f.u .)的Ni2MnSn沉淀物既可以通过强钉扎效应强化基体,又可通过磁-电耦合机制增强电磁屏蔽性能。这种针对多重性能需求量身定制的设计方法为结构-功能一体化材料的研发提供了有价值的参考。
铜基体中Ni2MnSn相的形貌图
该研究工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、湖南省杰出青年科学基金等资助。

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