电磁干扰屏蔽（EMI SE）模块是现代电子设备的核心组件。然而，传统的金属基屏蔽模块在电子设备内部占据不可或缺的三维空间，成为电子设备集成化的主要障碍。本文将3D打印共形屏蔽（c-SE）模块与包装材料集成到核心电子器件上，为在不占用额外空间的情况下实现理想的屏蔽功能提供了无限可能。本文精心配制了含有石墨烯和碳纳米管纳米粒子的3D打印功能性墨水，通过操控其流变性能，制造出了具有超轻结构（0.076 g/cm³）和高效电磁干扰屏蔽性能（61.4 dB）的3D打印框架。特别地，3D打印的c-SE模块与电子器件原位集成，成功替代了传统金属基模块，为电磁兼容和热耗散提供了多重功能。因此，这项科学创新完全弥补了碳基c-SE模块组装的空白，并为开发具有任意定制结构的下一代高性能屏蔽材料照亮了道路。
      物联网（IoT）系统加速了无线通信网络的快速发展，这依赖于毫米级电磁波（EMWs）来实现高级电子信息的传播和交互。随着5G或未来6G无线通信技术的广泛普及，电磁波为国家创新和日常生活带来了巨大便利，广泛应用于智能传感、导航定位、卫星通信、远程医疗等领域。然而，电磁波产生的不良电磁辐射因其对电子安全和人类健康的潜在危害而引起了广泛关注。传统的金属基屏蔽材料因其高密度、难以成型和潜在的环境污染等问题，限制了其实际应用。因此，采用新材料和设计适当的结构是促进多场景电磁环境中EMI SE材料发展的关键要求。
 
 
图1 不同配比Gr@CNT功能墨水的流变性能‌
a) 可3D打印Gr@CNT功能墨水原理示意图及其在集成电子中的潜在应用场景。
b) 复数粘度(η*)随振荡剪切速率(ω)的变化曲线。
c) 在0.01 s⁻¹和10 s⁻¹交替剪切速率载荷下的η*变化。
d) 储能模量(G')和损耗模量(G")随振荡剪切应力的变化趋势。
e,f) 具有超轻质与高强度特征的2D图案及3D结构实物照片。
 
 
图2 采用G2C3墨水打印的全填充（FI）与全失配（FM）框架的形貌表征‌
a,b) FI与FM模型的3D打印原理示意图
c,d) 样品表面（左）及截面（右）结构的扫描电镜（SEM）图像
e,f) FM样品的高分辨率SEM图像
 
 
‌图3 不同Gr@CNT配比3D打印FI与FM框架的电磁屏蔽效能（EMI SE）特性‌
a) X波段频率范围内的EMI SE性能曲线
b,c) 平均EMI SE及比屏蔽效能（SSE）数值
d,e) FM框架的电磁参数（总屏蔽效能SE_total、吸收损耗SE_A、反射损耗SE_R）与趋肤深度（δ）
f) 雷达图对比本研究FM框架与文献报道屏蔽材料的关键性能参数（轻量化/高强度/适配性）
（注：图中对比材料参见表S3，ANF：芳纶纳米纤维，PU：聚氨酯，Cs：碳基纳米复合材料，CF：碳泡沫，NR：天然橡胶，PLA：聚乳酸，PYC：热解碳，GN：石墨烯纳米片，EP：环氧树脂）
（e图插图为电磁波耗散至e^-1能量示意图）
 
 
‌图4 不同Gr@CNT配比3D打印FM框架的电热性能‌
a) 电热能量转换原理示意图
b) 3V固定电压下的焦耳热效应性能
c,d) FM-G2C3框架在0.5-2.5V多级输入电压下的焦耳热响应曲线，及平衡温度随输入电压平方(U²)变化的线性拟合
e) FM-G2C3框架在0.5-2.5V阶梯电压加载下的实时温度响应（插图为典型红外热成像图）
f) 1.0V与2.5V固定电压多次循环测试中FM-G2C3框架的温度稳定性26
g) FM-G2C3框架在1.0V/2.5V电压下持续10小时的电热稳定性（插图为典型红外热成像图）
 
 
‌图5 用于集成电子器件的3D打印保形电磁屏蔽（c-SE）模块‌
a) 在核心电子器件上3D打印c-SE模块的工艺示意图
b) 传统金属基模块、拆解状态下的核心电子元器件及3D打印c-SE模块的模型与实物对照图
c) 加载金属基模块/c-SE模块前后电磁波（EMWs）辐射强度的可视化对比
d) c-SE模块加载前后的辐射强度循环稳定性测试
e) c-SE模块在2.0-6.0 GHz频段的电磁屏蔽效能（EMI SE）
f,g) 纯封装材料与集成c-SE模块封装材料的红外热成像图（反映电子器件散热辅助效果）及实时温度曲线
h) COMSOL仿真的纯封装材料与集成c-SE模块封装材料的散热行为对比
 
       本文充分利用3D打印技术的优势，成功组装了一种具有任意定制结构和突出功能的Gr@CNT c-SE模块。通过精心配制具有适当流变性能的功能性墨水，成功制造出了具有优异电磁干扰屏蔽性能和高效热管理能力的3D打印框架。此外，本文还提出了一种创新的3D打印c-SE模块概念，并通过实验验证了其在集成电子中的潜在应用。这些研究成果为开发下一代高性能碳基屏蔽材料照亮了道路。
 
这篇文献的创新点可以总结如下：

1. ‌碳基3D打印功能性墨水的创新配制‌

2. ‌3D打印超轻高效电磁干扰屏蔽框架

‌3D打印技术‌：利用直接墨水书写（DIW）3D打印技术，成功制造出具有超轻结构（0.076 g/cm³）和高效电磁干扰屏蔽性能（61.4 dB）的3D打印框架。

‌性能优异‌：所制备的3D打印框架在保持超轻结构的同时，表现出了极高的电磁干扰屏蔽效能（SSE高达802.4 dB cm³ g⁻¹）。

3. ‌共形电磁干扰屏蔽模块的创新概念

‌模块设计‌：提出了一种创新的3D打印共形屏蔽（c-SE）模块概念，该模块与电子器件原位集成，不占用额外空间。

‌多功能性‌：3D打印的c-SE模块不仅提供了高效的电磁干扰屏蔽功能，还具备热耗散等多重功能，为集成电子的多功能模块组装提供了新思路。

4. ‌电热性能的优化与验证

‌电热响应‌：通过实验验证了3D打印框架在电热响应方面的优异性能，包括高平衡温度和显著的加热/耗散效率。

‌稳定性与可靠性‌：所制备的3D打印框架在电热测量中表现出了良好的稳定性和可靠性，为电子设备的热管理提供了有效解决方案。

5. ‌在集成电子中的潜在应用

‌实际应用‌：展示了3D打印c-SE模块在集成电子中的潜在应用，为开发下一代高性能电磁干扰屏蔽材料提供了有力支持。

‌前景广阔‌：这项研究为电磁兼容和热管理领域的研究开辟了新的方向，具有广阔的应用前景。