曼彻斯特大学李加深团队、牛津大学刘泽堃博士 JMST: 用于热管理和电磁干扰屏蔽的柔性、透气且增强的超薄Cu/PLLA多孔纤维膜

点击上方“蓝字” 一键订阅

可穿戴设备的电磁干扰屏蔽和热管理在新兴的数字医疗领域显示出巨大的潜力。实现这些功能的传统金属膜必须牺牲柔性或透气性，这在实际应用是不理想的。在这项工作中，通过在聚合物基底上沉积铜颗粒，开发了一种超薄（15µm）、柔性和多孔的Cu/PLLA纤维膜。通过创新的丙酮热处理程序，薄膜在保持多孔结构的同时强度大幅提升。其出色的透气性和超高的电导率（9471.8130 S/cm）使复合材料具有快速的电加热特性和优异的导热性，从而实现有效的热管理。同时，多孔聚合物基底结构极大地增强了导电物质的扩散，并提高了膜的电磁干扰屏蔽有效性（H波段为777.98 dB.cm²/g和Ku波段为8072.73 dB.cm²/g.）。该复合材料具有较高的柔韧性、透气性和强度，具有热管理和电磁屏蔽功能，在未来的便携式电子设备和可穿戴集成服装中显示出巨大的潜力。

2023年5月，英国曼彻斯特大学材料学院李加深老师团队和牛津大学刘泽堃合作设计开发了一种具有优异电磁屏蔽性能和热管理能力的柔性透气复合薄膜。研究团队首次开发了丙酮热处理程序，无损和高效地促进PLLA纤维的纳米结构强化形成APLLA。通过聚多巴胺（PDA）的连接，Cu纳米颗粒紧密涂覆在APLLA纤维表面。导电膜由许多原纤维组成，每个原纤维都呈现出核（APLLA）-壳（Cu）结构。经过丙酮热处理后，膜的密度和强度大大提高，且不会破坏纤维结构。Cu/APLLA膜具有良好的透气性和柔性。其超高导电性和异质结构有助于实现高电磁干扰屏蔽有效性（EMI SE）。与未经处理的Cu/PLLA相比，Cu/ALLA的电磁屏蔽吸收模式逐渐占主导，减少了电磁辐射的二次污染。值得注意的是，Cu/APLLA膜还具有出色的热管理能力，能够快速加热和及时散热，防止热量积聚并实现电加热。复合导电膜在可穿戴电磁屏蔽设备、柔性电热设备、透气电子元件和人机交互应用中表现出很大的适用性。

图 1：超薄复合膜的制备

图 2：复合膜的物理特性

图 3：热管理能力

图 4：电磁屏蔽表现与应用

上述研究结果表明，该团队开发的Cu/APLLA纤维膜呈现出轻薄多孔的特征，具有高导电性和EMI SE。电纺聚合物基底和金属纳米颗粒相结合使复合膜具有柔性和透气性，满足了可穿戴设备的要求。经过丙酮热处理后，PLLA纤维膜的强度增加，提供了更好的耐用性。同时，膜的微观结构也发生了变化，调节了铜纳米粒子的分布，从而影响了它们的导电性和EM屏蔽模式。该复合膜具有非常出色的热处理能力，能够快速产生焦耳热量，实现智能加热，并防止对设备的热聚集损坏。该膜在提供EM保护，还保持了高水平的舒适性和可扩展性，拓宽了低成本、高质量和多功能人机交互设备的开发前景。

该项工作以“Flexible, breathable, and reinforced ultra-thin Cu/PLLA porous-fibrous membranes for thermal management and electromagnetic interference shielding”为题发表在国际学术期刊Journal of Materials Science & Technology上。论文的通讯作者为曼大李加深博士，牛津大学刘泽堃博士和上海大学宋鋆博士，曼彻斯特大学硕士常金琳为第一作者。

论文信息：

J. Chang, C. Meng, B. Shi, W. Wei, R. Li, J. Meng, H. Wen, X. Wang, J. Song, Z. Hu, Flexible, breathable, and reinforced ultra-thin Cu/PLLA porous-fibrous membranes for thermal management and electromagnetic interference shielding, Journal of Materials Science & Technology (2023). 

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.01.019 

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多