深圳先進院開發出可裁切的輕質高效液態金屬電磁屏蔽材料
近日，中國科學院深圳先進技術研究院、深圳先進電子材料國際創新研究院孫蓉團隊在利用可膨脹聚合物微球（EM）在限域空間中的熱膨脹和微觀界面自融合過程，原位構筑精細化LM導電網絡，開發出具有可裁切、低密度、高壓縮率、超回彈、高承載力和高電導率特性的類“金屬氣凝膠”LM基電磁屏蔽復合泡沫，相關成果以Tailorable, Lightweight and?Superelastic Liquid Metal Monoliths for?Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding為題發表于期刊Nano-Micro Letters（IF=16.419）。許亞東助理研究員為論文第一作者，胡友根副研究員、孫蓉研究員為論文共同通訊作者。
隨著以5G為代表的通訊技術迅速發展，電子設備間的電磁干擾等問題日益嚴重。電磁屏蔽材料作為最為有效的解決方案，其本質是通過屏蔽材料與器件構筑完整的“法拉第籠”來實現電磁信號的衰減，接觸界面間隙是造成電磁信號泄漏和屏蔽效能降級的重要原因之一。不同于傳統固相填料所形成的固化導電網絡，利用具有流動性和高導電性的室溫鎵基液態金屬?(LM)構建具有動態響應特性的導電網絡有望解決接觸界面處的電磁密封性問題。然而，LM?的表面張力導致其在外力作用下遷移和泄露，嚴重影響LM的加工性和適用性。因此開發一種制備宏觀穩定、可靠的LM基電磁屏蔽復合材料仍然存在挑戰。
研究人員利用EM熱膨脹過程原位驅動LM的精細化有序分布，實現了LM導電網絡在宏觀穩定性和微觀流動性之間的平衡；通過EM在限域中的微觀界面自融合過程，同步實現導電網絡構筑和EM/LM復合泡沫成型。EM/LM復合泡沫憑借其獨特的內部氣體填充蜂窩閉孔結構和高導電LM網絡表現出輕質 （0.104 g·cm-1）、高壓縮強度（3.43 MPa）、高壓縮率與回彈性（90%壓縮應變時的回彈率大于90%）、高導電（7891 S·m-1）等特性。此外，在極低的LM含量（2.3 vol%）下，EM/LM復合泡沫在8.2-40 GHz寬頻范圍內的平均電磁屏蔽效能（EMI SE）達到98.7 dB，并在實際近場屏蔽測試中顯示出良好的電磁密封性。此外，該設計和制備方法具有良好的通用性，可制備具有外磁場響應性的多功能EM/LM/Ni復合泡沫材料。本工作為新型液態金屬基電磁屏蔽材料的開發提供了一條新路徑，并為多功能液態金屬復合材料提供了一個設計原型。
上述研究得到了國家自然科學基金（62074154）、中國博士后科學基金（2020M682983）、廣東省基礎與應用基礎研究基金（2020A1515110962，2020A1515110154）等項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-021-00766-5
LM/EM材料限域成型過程的微觀結構變化示意圖及力學與電磁屏蔽性能
LM/EM作為接觸界面電磁密封材料應用的屏蔽效果與作用機理
