導(dǎo)熱-電磁屏蔽多功能電子封裝材料既能快速導(dǎo)熱又能有效吸收或衰減入射的電磁波能量，是解決當(dāng)前電子器件發(fā)熱與電磁干擾問題以及保護(hù)其正常運(yùn)行的最有效途徑。5G/6G 通訊技術(shù)推動(dòng)電子器件向小型化、功能集成化、輕薄、高功率、高工作頻段方向發(fā)展，小型化和高工作頻段要求電磁波吸波/屏蔽材料“更寬、更強(qiáng)、更薄”；而小型化、功能集成化、高功率要求導(dǎo)熱材料“更薄、更輕、散熱更快”，這勢(shì)必加劇了電子器件的電磁干擾和發(fā)熱問題。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要單獨(dú)研究和使用導(dǎo)熱材料與電磁波吸波/屏蔽材料，有關(guān)導(dǎo)熱-電磁屏蔽多功能封裝材料的研究起步較晚，同時(shí)導(dǎo)熱和吸波性能兼容性較差，現(xiàn)有的導(dǎo)熱-電磁屏蔽多功能材料填充比高（不低于50%）、導(dǎo)熱和吸波性能差（帶寬窄，不大于5 GHz；熱導(dǎo)率不大于2.0 W·m-1·K-1）。因此，建立“導(dǎo)熱-吸波協(xié)同增強(qiáng)”機(jī)制并開發(fā)低填充比、高效的導(dǎo)熱-電磁屏蔽多功能電子封裝材料具有挑戰(zhàn)性和重要意義。

浙江師范大學(xué)童國(guó)秀教授團(tuán)隊(duì)采用可溶性鹽模板法大量合成了石墨烯納米片基泡沫。通過改變煅燒溫度T和水溶性聚乙二醇（PEG 20000）/NaCl 質(zhì)量比λ 來調(diào)控石墨烯泡沫的結(jié)構(gòu)、織構(gòu)、缺陷、石墨化、電導(dǎo)率、電磁參數(shù)、電磁屏蔽效能和熱導(dǎo)率，并分析了其電磁屏蔽和導(dǎo)熱性能及機(jī)理。以高熔點(diǎn)、立方結(jié)構(gòu)的NaCl 為模板、PEG 20000 作為表面活性劑和碳源，冷凍干燥其混合水溶液得到干凝膠。在干凝膠煅燒過程中，PEG 20000 在NaCl 微晶模板表面碳化；再洗滌去模板，獲得由超薄石墨烯納米片相互交聯(lián)構(gòu)成的三維多孔泡沫結(jié)構(gòu)，其壁厚?。?～10 nm）、密度低、比表面積可調(diào)（255.6～670.5 m2/g）。改變投料比能調(diào)節(jié)壁厚、比表面積和介電常數(shù)；調(diào)節(jié)煅燒溫度能控制材料的結(jié)晶性、缺陷、電導(dǎo)率、介電損耗、電磁屏蔽和熱性能。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、通用、綠色、環(huán)保、低成本、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。

研究結(jié)果表明，可溶性鹽模板使超薄石墨烯納米片形成三維多孔相通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超薄石墨烯納米片泡沫的SEM 圖像見圖1。提高煅燒溫度、填充比和投料比能改善石墨烯泡沫的熱導(dǎo)率和電磁屏蔽效能（見圖2、3）。在T=800 ℃和λ=0.530 下形成的石墨烯泡沫顯現(xiàn)了最佳的熱導(dǎo)率和電磁屏蔽效能。在石墨烯泡沫的填充比質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為7%時(shí)，其在C、S 和Ku 波段的電磁屏蔽效能超過20 dB，這明顯優(yōu)于大多數(shù)石墨烯基材料。同時(shí)，與大多數(shù)報(bào)道的復(fù)合材料相比，三維互通網(wǎng)絡(luò)可以降低石墨烯納米片之間的接觸熱阻，并為聲子/電子提供連續(xù)的熱傳輸通道，因而在較低的填充比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%）下能獲得更高的熱導(dǎo)率（3.26～3.95 W·m-1·K-1）?？傊?，由于可調(diào)的比表面積、低填充比以及優(yōu)異的電磁屏蔽效能和熱導(dǎo)率，本研究合成的石墨烯泡沫在電子封裝以及導(dǎo)熱屏蔽領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用潛力。（童國(guó)秀 范寶新 邢露 楊凱霞楊怡均 周凡潔）

圖1 超薄石墨烯納米片泡沫的SEM 圖像

圖2 石墨烯泡沫的熱導(dǎo)率

原始文獻(xiàn)：

FAN B X,XING L,YANG K X,et al.Salt-templated graphene nanosheet foams filled in silicon rubber toward prominent EMI shielding effectiveness and high thermal conductivity [J].Carbon,2023,207:317-327.