Nano Res.[碳]│天津大学封伟团队综述:碳基热管理和电磁防护功能一体化材料

背景介绍

电子器件和武器装备不断朝着高集成、高功率、高信息化方向发展，其性能提升的同时也引发了日益突出的电磁污染和热聚集问题，这些问题反过来又限制了器件装备的性能，甚至威胁人员安全。碳材料家族具有多样化的种类与可控的取向、晶体、孔隙等微观结构，特别是具有宽带可调的导热性和导电性，使其在热管理和电磁防护等领域具有广阔的应用前景，并且得到了广泛的研究。然而，随着应用场景对器件装备需求的日益提升，热管理和电磁防护材料在应用空间上存在重叠，在性能发挥上存在相互制约等问题，这促使研究人员对同时具有热管理和电磁防护功能的碳基复合材料进行了一系列研究。这项工作总结了近年来关于兼具热管理和电磁防护功能的碳基复合材料的研究成果。

成果简介

图1.热管理和电磁防护功能一体化碳基复合材料概述

本综述从功能角度出发，将碳基热管理与电磁防护功能一体化材料按照导热性能高低以及电磁特性分为四类：导热电磁屏蔽材料、隔热电磁屏蔽材料、导热电磁波吸收材料和隔热电磁波吸收材料（图1）。这些材料以碳材料为主体或者核心功能材料，包括石墨烯、碳纳米管等低维碳材料及其衍生物、生物质衍生碳、碳化陶瓷和过度金属碳化物等。

本综述首先介绍了导热、隔热、电磁波吸收和电磁屏蔽的基本原理，进一步对四种功能集成的碳基材料的制备方法、结构特征及性能进行了总结，同时分别针对四种功能集成材料设计的冲突点、制备策略和功能特性展开了讨论。最后，论文提出了热管理和电磁防护功能一体化碳基复合材料研究和发展所面临的挑战和研究方向，同时还展望了新型多功能热管理与电磁防护材料的发展前景。

作者简介

封伟，天津大学教授，国家“万人计划”科技创新领军人才，国家杰出青年基金获得者，科技部中青年创新领军人才，天津市杰出人才，教育部联合基金创新团队负责人，天津市“131”创新团队负责人，中国复合材料学会常务理事、导热复合材料专业委员会主任委员，教育部科技委学部委员，英国皇家化学会会士（FRSC），日本 JSPS 学术振兴委员会高级访问学者，享受国务院政府特殊津贴专家。主要从事高导热功能复合材料，光热能转换存储材料，高性能氟化碳材料，仿生智能复合材料与机构研究，研究成果在Chem. Soc. Rev.、Nat. Comm.、Prog. Mater. Sci.、Mater. Sci. Engin. R Rep.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表文章200余篇。授权中国发明专利80余项,授权国际专利5项。获得教育部、天津市等省部级一等奖3项。

秦盟盟，天津大学研究员，国家“万人计划”青年拔尖人才，天津市青年科技优秀人才，入选中国科协青年人才托举工程。主要研究面向器件装备热管理与电磁防护的导热、吸波、电磁屏蔽复合材料，主持国家级项目10余项，发表SCI论文40余篇，引用1800余次，授权中国发明专利、美国专利20余项。获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）一等奖1项，天津市技术发明一等奖2项。

文章信息

Yue J, Feng Y, Qin M, et al. Carbon-based materials with combined functions of thermal management and electromagnetic protection: Preparation, mechanisms, properties, and applications. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6257-y.