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随着现代电子设备向小型化、高集成和高功率密度发展，有效电磁干扰（EMI）屏蔽和热管理至关重要。研究人员制备垂直排列空心 Ag@Ni 管 / 环氧树脂（EP）复合材料，其在 X 波段最大 EMI 屏蔽效能达 65.6 dB，热导率达 4.37 W/m?K ，减少二次污染，推动下一代电子设备发展。
在科技飞速发展的当下，电子设备正以前所未有的速度向小型化、高集成和高功率密度迈进。5G 通信、可穿戴设备以及高性能计算系统等新兴技术不断涌现，给人们的生活和工作带来了极大便利。然而，这背后却隐藏着诸多难题。高功率设备运行时会产生大量热量，如果不能及时有效地散发出去，不仅会降低设备性能、缩短使用寿命，严重时甚至会导致系统故障。与此同时，电子元件之间距离的不断缩小，使得它们相互干扰的几率大大增加，电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）问题愈发突出。这些干扰不仅会影响设备的正常功能，还可能对人体健康构成潜在威胁。传统的聚合物复合材料在应对这些问题时显得力不从心，其较低的热导率和不太理想的 EMI 屏蔽效能（EMI Shielding Effectiveness，EMI SE），无法满足现代电子设备对高效散热和强电磁屏蔽的严苛要求。因此，开发能够同时解决热管理和 EMI 屏蔽问题的多功能材料迫在眉睫。
在这样的背景下，来自国外的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们致力于制备一种新型复合材料，以解决现代电子设备面临的散热和电磁干扰难题。研究结果令人瞩目，该复合材料展现出卓越的性能，在 X 波段（8.2 - 12.4 GHz）最大 EMI 屏蔽效能达到 65.6 dB，且主要通过吸收机制实现，有效减少了二次电磁污染；其面内热导率更是高达 4.37 W/m?K，远超传统复合材料。这一成果为下一代电子设备、航空航天以及电力系统等领域的发展提供了有力支持，大大推动了相关产业的进步。该研究成果发表在《Applied Materials Today》上。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先，以聚乳酸纤维（Polylactic Acid Fibers，PLAFs）为牺牲模板，合成了空心银管（Hollow Silver Tubes，HATs）；随后，通过化学镀的方法在 HATs 表面镀上一层铁磁性的镍，制备出双金属空心 Ag@Ni 管（Hollow Ag@Ni Tubes，HANTs）。在制备复合材料时，借助外部磁场使 HANTs 在环氧树脂（Epoxy，EP）基质中垂直排列。此外，还利用傅里叶变换红外光谱（FT - IR）对材料进行表征分析，以探究其结构变化。
下面详细介绍研究结果：
- 材料合成与结构表征：通过一系列化学反应成功制备出 HATs 和 HANTs，并利用 FT - IR 光谱对原始 PLAF、聚多巴胺（PDA）修饰后的 PLAF 以及相关改性填料进行分析，从分子层面揭示了表面修饰引起的结构变化。例如，原始 PLAF 光谱中在 2999 cm-1和 2945 cm-1处的峰归因于脂肪族 - CH2拉伸振动，1753 cm-1处的强峰则来自酯基的 C = O 拉伸振动，这些特征峰证实了 PLAF 的结构。
- EMI 屏蔽性能：制备的 HANT/EP 复合材料在 X 波段展现出优异的 EMI 屏蔽性能，屏蔽效能超过 50 dB，且主要以吸收为主。这得益于多种机制，包括多次散射、界面极化以及磁损耗等。通过调整 HANTs 的含量和排列方式，可以有效调控复合材料的 EMI 屏蔽效能。
- 热导率：在外部磁场作用下，HANTs 在 EP 基质中垂直排列，形成了直接的声子传导路径，显著提高了复合材料的面内热导率，达到了 4 W/m?K 以上，远高于随机分散填料的复合材料，实现了高效的热传导。
研究结论表明，研究人员成功开发了一种可扩展且稳定的策略，将垂直排列的 HANTs 集成到 EP 基质中，有效解决了先进电子设备中 EMI 屏蔽和热管理这两个关键问题。HANT 填料在外部磁场作用下能够精确取向，形成相互连接的网络，增强了电子传输和热传导能力。该研究成果意义重大，不仅满足了下一代电子设备对高性能材料的严格要求，减少了二次电磁污染，提高了设备的可靠性和用户安全性，还为多功能材料的设计开辟了新的思路，推动了相关领域的技术革新。它为电子设备的进一步小型化、高性能化提供了可能，有望在未来的科技发展中发挥重要作用。
