防液态金属泄漏的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜、其制备方法及应用

本发明属于柔性导热功能材料及电磁屏蔽材料，具体涉及一种防液态金属泄漏的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜、其制备方法及应用。

背景技术：

1、随着高性能计算、人工智能、先进通信、功率电子器件及高集成度电子封装技术的发展，电子器件持续向高集成化、小型化和高功率密度方向发展。器件工作过程中产生的局部高热流密度不仅会导致器件工作温度升高，还可能引起性能衰减、热失效以及服役寿命降低。同时，复杂电子系统中高速信号传输和高频电子器件的广泛应用，使电磁干扰问题日益突出。因此，能够同时实现高效热传输、电磁屏蔽及柔性服役的多功能复合材料具有重要的应用价值。

2、液态金属具有较高的热导率和电导率、较低的熔点以及良好的流动和变形能力，在柔性热管理材料、导热界面材料以及电磁屏蔽材料等领域具有良好的应用潜力。与传统固态金属填料相比，液态金属能够在外力或结构发生变形时产生流动和形变，因此能够适应柔性器件及复杂界面结构。

3、然而，液态金属通常具有较大的表面张力，直接将其填充至碳纤维毡等三维多孔骨架时，液态金属难以自发润湿骨架表面并进一步进入内部孔隙，容易出现液态金属主要分布于材料表面、内部填充不足以及局部团聚等问题。当液态金属无法在三维多孔骨架内部实现均匀分布时，不仅难以形成连续有效的厚度方向热传输通路，而且难以充分发挥液态金属在导电和电磁屏蔽方面的作用。

4、现有液态金属多孔骨架填充方法通常包括机械挤压、真空辅助浸渍、离心填充、高压注入以及表面化学改性等方式。上述方法虽然能够在一定程度上促进液态金属进入多孔结构，但往往存在工艺复杂、设备要求较高、液态金属填充均匀性不足以及厚度方向填充效率有限等问题。此外，为改善液态金属的分散性、润湿性和流动性，部分现有技术采用聚合物、表面活性剂或其他有机组分作为分散剂、粘结剂或界面调控剂。然而，若上述有机组分残留于复合材料内部，则可能在液态金属与多孔骨架之间形成额外界面，从而增加界面热阻，并对材料的导热性能和导电性能产生不利影响。

5、另一方面，液态金属自身具有流动性，当其填充于柔性多孔骨架内部后，在弯曲、压缩、扭转或者局部受力条件下，若骨架对液态金属的空间约束不足，液态金属可能沿孔道、纤维间隙或材料边缘发生迁移和重新分布，进而产生局部富集、表面外溢甚至液态金属流失等现象，从而影响复合材料结构稳定性及使用可靠性。

6、因此，现有技术仍需要一种制备工艺相对简单、无需依赖复杂真空浸渍或高压注入设备，同时能够促进液态金属均匀进入三维多孔骨架，并使液态金属稳定限域于骨架内部，在保证柔性、导热和电磁屏蔽性能的同时降低液态金属迁移和外溢倾向的复合薄膜及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种防液态金属泄漏的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜、其制备方法及应用，以克服现有技术的不足。

2、为实现以上发明目的，本发明采用了如下所述的技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种防液态金属泄漏的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜，其包括镀金属碳毡骨架和液态金属，所述镀金属碳毡骨架包括多个镀金属碳基纤维，所述镀镍碳基纤维之间的孔隙形成三维多孔连通结构，所述液态金属能够浸润所述镀金属碳基纤维的金属镀层表面，并在浸润作用下填充并限域于所述三维多孔连通结构中，形成连续金属网络。

4、第二方面，本发明还提供了上述柔性导热电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，其包括：

5、对镀金属碳毡骨架进行表面活化处理；

6、将液态金属分散于挥发性临时输运介质中形成液态金属分散体系；

7、在外力驱动下使所述液态金属分散体系填充至所述镀金属碳毡骨架的孔隙中，形成组合体；

8、去除所述复合体中的挥发性临时输运介质，形成复合体；

9、对所述复合体进行热压处理，以使所述液态金属形成连续金属网络，获得所述柔性导热电磁屏蔽复合薄膜。

10、第三方面，本发明还提供了上述柔性导热电磁屏蔽复合薄膜在电磁屏蔽和导热领域中的应用。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

12、（1）改善液态金属在三维多孔骨架中的浸润和填充。本发明对镀金属碳毡进行表面活化，提高骨架表面对挥发性临时输运介质的润湿和铺展能力，并结合挥发性临时输运介质对液态金属的分散及输运作用，使液态金属能够借助外力进入三维连通孔隙，从而改善液态金属直接填充多孔骨架时存在的浸润困难和内部填充不足问题。

13、（2）减少永久性有机组分残留。本发明采用挥发性临时输运介质作为液态金属的输运载体，其仅在液态金属输运阶段发挥作用，并在完成输运后挥发退出体系，不作为最终复合薄膜的连续相或永久粘结剂，因此能够避免永久性有机分散剂或粘结剂残留于液态金属与骨架之间而引起额外界面热阻的问题。

14、（3）构建三维连续或准连续液态金属网络。通过热压处理，孔隙内部离散分布的液态金属微滴发生接触、并合和/或桥接，在镀金属碳毡内部形成连续或准连续液态金属网络，并与金属镀层及连续碳纤维形成协同导热和导电结构。

15、（4）提高液态金属的结构稳定性。三维连通孔隙对液态金属形成空间限域，使液态金属分布于骨架内部而非完全暴露于材料表面，液态金属与金属镀层之间的浸润吸附也协助固定液态金属使其难以外溢；同时，通过热压促进液态金属与骨架之间形成更加充分的接触，有利于降低机械变形过程中液态金属迁移和外溢的倾向，从而提高复合薄膜的结构稳定性。

16、（5）实现导热、电磁屏蔽与柔性的协同。连续的碳基纤维与金属镀层构成三维连续导电骨架，并提供柔性结构基础液态金属进一步填充纤维间孔隙并建立连续或准连续导热、导电网络通路，从而使复合薄膜同时具备优异的柔性以及导热和电磁屏蔽功能。

17、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

1.一种防液态金属泄漏的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜，其特征在于，包括镀金属碳毡骨架和液态金属，所述镀金属碳毡骨架包括多个镀金属碳基纤维，所述镀镍碳基纤维之间的孔隙形成三维多孔连通结构，所述液态金属能够浸润所述镀金属碳基纤维的金属镀层表面，并在浸润作用下填充并限域于所述三维多孔连通结构中，形成连续金属网络。

2.根据权利要求1所述的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜，其特征在于，所述镀金属碳基纤维的直径为5-15 μm，优选为7-12 μm；

3.根据权利要求1所述的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜，其特征在于，所述三维多孔连通结构的孔隙直径为20-150 μm，孔隙率为45-60 %。

4.根据权利要求1所述的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜，其特征在于，所述镀金属碳基纤维的基体纤维材质包括碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维中的任意一种或两种以上的组合；

5.权利要求1-4中任意一项所述的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述表面活化处理的方式包括等离子体处理，所述等离子体处理的功率为50～150 w，处理时间为20～120 s。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述挥发性临时输运介质包括异丙醇、乙醇、甲醇、正丙醇、叔丁醇中的任意一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述液态金属分散体系中液态金属的质量与所述挥发性临时输运介质的体积之比为0.6～0.8 g/ml。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述外力驱动的方式机械辊压、正压驱动、负压驱动、离心驱动中的任意一种或两种以上的组合；

10.权利要求1-4中任一项所述的柔性导热电磁屏蔽复合薄膜在电磁屏蔽和导热领域中的应用。