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四川大學陳英紅/廣西大學程芳超、石紹宏 Nano-Micro Lett.：3D打印碳基電磁屏蔽支架用于集成電子電磁輻射防護

2024-01-18 來源：高分子科技

5G乃至6G等無線通訊技術的革新極大促進了國防科技的進步與發展。然而，無線電磁波在傳播過程所引起的電磁輻射污染問題，已是現階段通訊系統維護與人體健康保障面臨的重大難題，發展電磁屏蔽材料與器件是解決電磁輻射污染的關鍵途徑。通常，傳統金屬基電磁屏蔽材料是實現電子元件電磁防護的重要組件，其通過模具制造成型，并集成、組裝至電子元件內部，從而實現電子元件的電磁兼容。但金屬基材本身存在高密度、高剛度、難成型及潛在的二次輻射污染等缺陷，一定程度制約著其廣泛應用。同時，傳統金屬屏蔽件的集成往往需占據電子設備內部的額外空間，難滿足電子元件小型化、集成化的應用需求。因此，研究新型多樣化、高性能的電磁屏蔽結構，更好實現集成電子的電磁防護目標，將極大促進電磁屏蔽組件在多場景電磁環境下的發展與應用。

近期，為制備具有多樣化結構和高效電磁屏蔽效能的功能組件，廣西大學石紹宏博士、程芳超副教授與四川大學陳英紅教授合作，提出了一種利用3D打印增材制造技術成型碳基電磁屏蔽支架的新思路、新方法。該方法將3D打印支架與電子封裝材料相結合，并成功集成至電子元件上，在兼顧電子元件小型化、集成化需求的同時，實現了理想的電磁屏蔽功能。本研究主要以纖維素作為膠粘劑，通過引入不同比例的石墨烯（Gr）和碳納米管（CNT）功能粒子，精細調控復合流體的流變性能，制備了可3D打印的高碳基（~80%）功能油墨。結合3D打印自由設計與制造的特色，成型了結構可定制化的電磁屏蔽支架。測試結果表明，該打印支架既具有輕量化結構（0.076 g cm^-3），也表現出優異的電磁屏蔽性能（61.4 dB，電磁波透過率<0. 0001%，比屏蔽＞800 dB cm³ g^-1）。同時，替代傳統金屬屏蔽件，集成至電子設備的碳基電磁組件，完全適配電子元件的電磁防護需求。該工作不僅拓展了3D打印先進制造技術的潛在應用前景，還將為下一代高性能碳基電磁屏蔽組件的設計與制造提供了創新思路。

圖1. Gr@CNT功能油墨的流變性能和可打印性

圖2. 3D打印支架的電磁屏蔽特性

圖3. 電磁屏蔽組件的電磁輻射防護與輔助散熱性質

上述工作以“3D-Printed Carbon-Based Conformal Electromagnetic Interference Shielding Module for Integrated Electronics”為題，發表在《Nano-Micro Letters》（IF =26.6）上，論文第一作者為廣西大學石紹宏博士，通訊作者為廣西大學程芳超副教授和四川大學陳英紅教授。圍繞3D打印電磁功能材料與器件的研究，該團隊已在 Carbohyd. Polym. 2023, 120945; Chem. Eng. J. 2022, 138248; Compos Part B-Eng. 2021, 109500等期刊上發表了相關研究論文。這些研究工作得到國家自然科學基金項目（52303036）、廣西壯族自治區自然科學基金項目（2020GXNSFAA297028）、四川省自然科學基金（2023NSFSC0986）等項目重點支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01317-w

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（責任編輯：xu）

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