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Nano Res.[单元]│陕西科技大学李金宝教授课题组:具有高效导热和焦耳加热性能的柔性千层酥结构电磁屏蔽薄膜

本篇文章版权为李金宝教授课题组所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


通信技术和智能电子技术飞速发展,极大地方便了人类生活,不可避免地引发电磁干扰、信息泄露,甚至危害人体健康等问题。此外,新一代电子器件逐渐向高集成度和高功率密度方向发展,导致器件内部大量热量积累无法及时散失,严重降低了电子器件的准确性和稳定性,迫切需要开发兼备高效电磁屏蔽和优异导热性的材料,以满足先进电子设备的使用要求。然而,同时获得良好的电磁屏蔽性能和导热性能依旧是一个挑战。


成果简介


陕西科技大学李金宝教授课题组受千层酥蛋糕的启发,以TEMPO氧化纳米纤维素/银纳米颗粒(TOCNFs/AgNPs)和石墨烯纳米片(GNPs)为基础,通过层层自组装和热压工艺制备了具有高导热性和焦耳加热性能的柔性电磁屏蔽薄膜。

TOCNFs/AgNPs和GNPs的组成的千层酥结构为自由电子移动提供了快速通道,使复合薄膜具有优异的电导率(8520 S/cm)。同时,千层酥结构具备极高的电导损耗、丰富的异质界面极化损耗和大量的多重反射损耗,使复合薄膜在X波段具有出色的电磁屏蔽效能(98.05 dB)。更重要的是,AgNPs和GNPs排列整齐且紧密,形成了完整的导热通路,使复合薄膜的导热系数达到18.82 W/(m·k)。此外,该薄膜在低电压下具有优异的焦耳加热性能,包括加热温度高(100℃)、响应时间快(<20s),良好的循环稳定性(100 次)和长期可靠性(1800 s)。本工作中的千层酥结构复合薄膜在柔性电子,高效电磁屏蔽和热量管理复合材料等领域具有极大的实际应用潜力。

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图1 千层酥结构复合薄膜的综合性能


图文导读


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图2 (a)千层酥结构复合薄膜的制备过程, (b)复合薄膜照片,(c)和(d)可弯曲、轻质的复合薄膜。


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图 3 (a)热压前SET, (b)热压前SET, SEA和SER, (c)热压后SET, (d)热压后SET, SEA和SER, (e)热压前/后SET, SEA和SER对比, (f)热压前/后R, A和T的对比, (g)千层酥结构复合薄膜的SET, δ和厚度与同类材料的比较。


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图4 (a)导热系数,(b)热扩散系数, (c)千层酥结构复合薄膜的SET和导热系数与其他同类材料的比较, (d)粘贴和不粘贴复合薄膜的烧杯正面,(e)反面,(f)-(g)加热后复合薄膜的红外图像。


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图5 (a)不同电压下复合薄膜的温度,(b)饱和温度(TSS)与电压平方(U2)的关系, (c)2V电压下100次加热/冷却循环的温度曲线, (d)2V电压下加热1800 s的温度曲线。


作者简介


李金宝:陕西科技大学教授,博士生导师,陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室主任,中国造纸学会纳米纤维素及材料分委员会委员,咸阳市中小企业首席工程师,教育部首批“全国高校黄大年式教师团队”骨干成员。主要从事纤维素基功能材料、特种纤维纸基功能材料、木质纤维素生物质综合利用等开发研究。主持及参与完成国家“十三五”重点研发计划项目子课题、国家发改委重大产业化技术专项、陕西省重点研发计划项目、浙江省“尖兵计划”研发攻关项目及企业委托等各类科研项目30余项,获授权国家发明专利25件,获省部级科学技术一、二等奖5项、厅局级科学技术一、二等奖4项。在Carbohydrate Polymers、Bioresource Technology、Small、Cellulose、Industrial Crops and Products、ACS Applied Polymer Materials等期刊发表SCI论文40余篇。


文章信息


Yin D, Xiu H, Wang S, et al. Flexible mille-feuille structure electromagnetic interference shielding film with excellent thermal conductivity and Joule heating. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6387-2.



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