AFM: 一种用于电子产品热管理的多功能“纳米纸”

文摘   2024-12-30 09:09   山东  

转自洞见热管理

来源 | Advanced Functional Materials

链接 | https://doi.org/10.1002/adfm.202418899


01

背景介绍

在快速发展的物联网领域,高性能电磁干扰(EMI)屏蔽材料变得越来越重要。它们在保护复杂的电子设备免受广泛的电磁污染方面发挥着至关重要的作用,从而确保有效屏蔽电磁波(EMW)可靠运行。最近,各种导电材料,如碳基材料、金属纳米材料和导电聚合物,已被设计成各种形式,如气凝胶、水凝胶、纺织品和薄膜。对于高度集成的电子设备,最小厚度是一个关键要求,使用复杂的3D结构来吸收EMW通常是不切实际的。为了应对这一挑战,超薄屏蔽材料的设计至关重要,需要优化体积电导率以增强电磁反射并提供有效的EMI屏蔽。MXenes是一类新兴的2D过渡金属碳化物和氮化物,由于其令人印象深刻的电导率和机械强度(≈17.3 GPa),已成为高性能EMI屏蔽应用的有前景的候选者。此外,MXenes具有优异的亲水性和丰富的官能团,═O和—F,通过真空辅助过滤促进纯MXene薄膜的组装。这些薄膜表现出显著的电导率和中等机械强度(22.00 MPa)。在许多应用场景中,如航空航天、汽车和军事领域,电子设备经常暴露在严重的振动和冲击下,因此需要具有坚固机械性能的EMI屏蔽材料来确保其功能。然而,纯MXene薄膜的机械强度本身不足以满足这些环境的苛刻要求。为了克服这个问题,一种常见的策略是在MXenes之间加入大量的柔性聚合物。然而,过量的聚合物含量会阻碍MXenes之间的电子转移,导致优化电导率和机械性能之间的冲突。

02

成果掠影


近日,华南理工大学曾劲松、Li Pengfei团队联合广东松恒科技有限公司Li Mengheng对开发用于集成电子和电信系统的具有优异热管理、电磁屏蔽的多功能材料取得最新进展。本研究提出了具有分层结构的超强、超柔性、导电纳米纸,通过多级真空过滤将纤维素纳米纤维改性的MXene(CM9)和纤维素纳米晶体(CNC)结合到芳纶纳米纤维(ANF)网络和银纳米线(AgNW)框架中来实现。所得纳米纸具有显著的抗拉强度(701.82 MPa)、出色的韧性(101.86 MJ/m3)和486.67 MPa/g·cm3的比抗拉强度,显著优于钛合金(257 MPa·g–1·cm3)。除了机械性能外,纳米纸还具有高导电性(1139.48 S/cm),其超薄轮廓为22.38μm,电磁干扰(EMI)屏蔽效率(EMI SE)高达62.28 dB。纳米纸还表现出优异的耐久性,在20%的拉伸后保持60.16dB的EMI SE,在20000次折叠循环后保持57.15dB,拉伸强度为685.59MPa。此外,它们还表现出高效的光热转电热除冰能力,在施加电压下最高温度可达242.78°C。凭借其机械坚固性、导电性和热性能的独特组合,这些纳米纸在下一代电子产品、柔性显示器和高性能热管理系统方面显示出巨大的潜力。研究成果以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”为题发表在《Small》期刊。


03

图文导读

图1.复合材料的加工示意图、形貌、结构以及光学照片。




图2.材料的结构表征。


图3.复合材料的机械性能和形貌表征。


图4.复合材料的抗拉强度及EMI性能表征


图5.复合材料的热管理性能表征




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