5G技术的快速发展，极大地推动了移动互联网的发展。然而，它也导致低频区域（S频段：2-4 GHz和C频段：4-8 GHz）的电磁串扰和污染日益突出，从而导致信号干扰和设备故障等问题。此外，电子设备在运行过程中产生并积累了大量的废热，导致性能下降甚至烧毁。因此，迫切需要高导热材料来有效地将热量传递到外部空间。
传统上，为了实现低频微波吸收和散热，将PDMS基微波吸收复合材料与PDMS基导热复合材料堆叠在一起。然而，这种方法需要相当大的空间，不能满足电子设备发展对小型化和轻薄化的要求。因此，设计和制备集成同时具有低频微波吸收和导热功能的PDMS基复合材料对推进5G电子产业的发展具有重要价值。
近日，西北工业大学顾军渭教授、郭永强副教授团队采用“喷雾干燥-烧结”工艺将链状CoNi和片状BN组装为绣球花状CoNi@BN异质结构填料，再将其与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合制备低频吸波/导热一体化CoNi@BN/PDMS复合材料。当CoNi@BN的体积分数为44 vol%且CoNi与BN质量比为3:1时，CoNi@BN/PDMS复合材料兼具最优的低频吸波性能和导热系数，厚度为4.4 mm时最小反射损耗（RLmin）为-49.9 dB、低频有效吸收带宽（EAB）为2.40 GHz（3.92~6.32 GHz），完全覆盖5G通讯涉及的n79（4.4~5.0 GHz）频段，其面内导热系数（λ∥）为7.31 W·m-1K-1，约为纯PDMS的λ∥（0.64 W·m-1K-1）的11.4倍，较相同CoNi和BN体积分数且直接共混的(CoNi/BN)/PDMS复合材料的λ∥（5.52 W·m-1K-1）提高了32%。研究成果以“Excellent Low-Frequency Microwave Absorption and High Thermal Conductivity in Polydimethylsiloxane Composites Endowed by Hydrangea-Like CoNi@BN Heterostructure Fillers”为题发表在《Advanced Materials》期刊。(本文选自微信公众号《洞见热管理》）。
图1. 制造CoNi@BN/PDMS复合材料的示意图
图2. CoNi@BN/PMMA（a-a’’’）和CoNi@BN（b-b’’’）的SEM照片；绣球花的实物照片（c）；BN、CoNi和PMMA的TGA曲线（d）；CoNi@BN横截面的SEM照片及其能谱图（e）。
图3. 不同CoNi与BN质量比的CoNi@BN/PDMS复合材料的介电常数（a）、磁导率（a’）、损耗角正切值（b）、反射损耗值的二维投影图（c-c’’’）和CoNi@BN/PDMS复合材料的吸波机理图（d）；CoNi@BN和CoNi的电场分布模拟图（e-e’）；CoNi与BN质量比为3:1的不同体积分数CoNi@BN/PDMS复合材料的吸收带宽图（f）。
图4. 不导热填料种类及用量对其PDMS复合材料面内导热系数（a）、面间导热系数（a’）的影响；CoNi@BN/PDMS复合材料降温过程的红外热成像照片（b）和温度-时间曲线（b’）；CoNi@BN/PDMS复合材料的导热机理图（c）。
