进入21世纪以来，科学技术飞速发展，科技创新成为推动产业变革的核心动力，这不仅是我国经济转型升级的必然要求，也是世界各大国在全球科技竞争中赢得战略主动的关键。目前，在5G、集成电路、人工智能、航空航天等战略性新兴产业蓬勃发展的当下，电子器件正朝着高度集成的方向发展，功率密度呈指数级增长。这使得高算力芯片面临着多重物理场耦合的严峻威胁，如电击穿（局部电场强度超过200千伏每毫米）、热积累（热流密度大于100瓦每平方厘米）以及电磁干扰（EMI强度大于70分贝）等。这些问题不仅会影响电子器件的正常运行，威胁人体健康，还会严重制约航空航天、国防装备等高可靠性应用领域的系统安全。

而且更为棘手的是，传统屏蔽材料中刚性金属层与柔性基底因力学性能不匹配，容易引发应力集中，进而导致界面分层和裂纹的出现，显著降低材料的可靠性，影响器件在复杂机械应力环境中的长期稳定性。随着新一代电子器件不断向曲面贴合和可穿戴动态形变的方向发展，对封装材料提出了更为严苛的要求：材料必须兼具柔性变形能力、高绝缘性、优异的电磁屏蔽效能、高效导热特性以及超薄厚度（小于50微米）。

当前，材料性能与实际应用需求之间的矛盾，已成为国家战略层面的“卡脖子”难题。国家发改委在《扩大战略性新兴产业投资指导意见》中，明确将“超薄高导热绝缘复合材料”列为重点攻关方向；《新材料产业发展规划》也提出，到2025年要实现电子器件用多功能复合材料国产化率超过70％。然而，我国高端电子封装材料目前仍高度依赖进口，进口率超过60％，在电磁屏蔽－导热协同技术领域的专利占有率低于15％。因此，开发能够同时实现高绝缘、强电磁屏蔽、优良导热与超薄柔韧的一体化复合材料，已成为我国实现“新一代信息技术产业自主化”的关键材料支撑。

北京航空航天大学化学学院衡利苹教授团队，就专注于柔性高导热电磁屏蔽膜材料的开发与应用研究。针对不同的应用场景，团队成功研发出了柔性高导电高导热电磁屏蔽膜材料和柔性高绝缘高导热电磁屏蔽膜材料，并将其广泛应用于电磁防护、导热散热等多个领域，取得了显著的研究进展和实际应用成效。截至目前，团队已在Nat.Commun.， Matter.， Adv. Mater.， J. Am.Chem. Soc.， ACS Nano等SCI期刊上发表论文100余篇，总引用次数超过8000次，授权专利20余项（已转化7项）。

创新研发柔性高导热电磁屏蔽膜材料

电磁屏蔽材料通常依靠“法拉第笼”效应来实现屏蔽功能，因此需要具备良好的导电性。所谓“法拉第笼”效应是指由金属或良导体构成的封闭空间（法拉第笼）能够屏蔽外部静电场和电磁场的现象，其原理是导体表面的电荷重新分布产生反向电场抵消外部电场，使笼内电场为零；同时导体形成等电位体，避免内部物体与笼体间产生电位差。这一效应可提供静电和电磁防护。在这其中，金属薄膜屏蔽材料虽然屏蔽效果好，但其柔韧性较差；而在柔性聚合物中掺入导电填料的常规方法，制备出的材料通常较厚，且屏蔽效果不理想。此外，现有屏蔽薄膜在恶劣条件下的屏蔽稳定性也面临着严峻挑战。

为解决上述问题，衡利苹团队创新性地提出利用二维层状材料桥连三维导电材料，在高分子基质中构建复合异质层状结构，成功制备出兼具超薄、高效电磁屏蔽和柔性的多功能防护材料。这种材料在极端条件下仍能保持稳定的屏蔽效果。该策略通过构建复合异质层，形成了完整且连续的导电网络，既克服了固态填料柔韧性差、易失效的问题，又解决了聚合物隔离导电填料导致导电性差的问题。该材料厚度仅33微米，却具有卓越的柔性和超高电导率（大于5000西门子每厘米），其电磁屏蔽效能高达80分贝，可屏蔽99．999999％的电磁波，满足军用标准。在严苛的化学环境、极端温度和机械磨损等条件下，其屏蔽效能仍稳定保持在70分贝以上，同时还展现出良好的防除冰性能，适用于寒冷地区的电磁防护（图1）。这项研究为新一代电磁防护材料的设计提供了全新的思路。

图1复合异质层状结构材料。（a）与其他工作的电磁屏蔽效能对比；（b）材料柔性展示图；（c）光－电协同除雪循环后的屏蔽稳定性。

为了同时满足电子设备的电磁防护和散热需求，衡利苹团队开发了一种双连续导电 －导热网络策略，为一体化解决电子设备信号串扰与热积累问题提供了具体可行的方案。通过溶胶－凝胶－成膜－热压工艺，在高分子纳米纤维基质中利用连续的MXene（二维过渡金属碳化物）桥连三维导电材料，构筑双连续导电－导热网络结构。这种结构增强了电子传输，同时减少了声子散射。该纳米复合材料具有良好的柔韧性，可以弯曲折叠成各种形状，并且展现出3984西门子每厘米的超高电导率和13．17瓦每米每开尔文的热导率。在厚度仅为22微米时，其电磁屏蔽效能高达74．6分贝。在电子设备散热应用中，该材料能够显著降低发光二极管（LED）集成灯芯的中心温度，可实现温降15．8摄氏度，而商用导热硅脂仅能实现3．9摄氏度的温降。同时，该材料还表现出优异的机械性能，拉伸强度达253．3兆帕，韧性高达14．1兆焦每立方米。（图2）。

图2具有双连续导电／导热网络的复合材料。（a）柔性展示图；（b）电导率；（c）面内及跨面热导率；（d）电磁屏蔽效能随厚度变化；（e）不同散热材料的散热温度对比；（f）力学强度及韧性。

创新研发柔性绝缘高导热电磁屏蔽膜材料

传统材料往往难以同时兼顾高电绝缘、高效电磁屏蔽与优良散热性能。为此，衡利苹团队采用顺序桥接策略，在PBO纳米纤维基体中分别构建了绝缘二维材料桥接三维导电材料与导电二维材料桥接三维导电材料的双连续网络，形成了一种三明治结构复合材料。表层网络提供高电绝缘和导热路径，中间网络建立连续的电／热通道，三维导电材料的流动性赋予材料良好的柔性与界面填充能力。

该复合材料相比其他同类型材料，综合性能表现极为突出。在仅25微米的厚度下，实现了70分贝的电磁屏蔽效能，面内热导率高达50．3瓦每米每开尔文，同时具备优异的电绝缘性（体积电阻率达1．9×1013欧姆每厘米，击穿强度为139千伏每毫米）。该材料表现出卓越的环境稳定性，在经历1万次弯曲、5千次折叠、高湿、超声、液氮／300摄氏度极端温度、热冲击乃至直接燃烧后，其电磁屏蔽性能仍保持稳定。机械性能同样出色，拉伸强度为252．6兆帕，韧性达8．8兆焦每立方米（图3）。

立足国家战略，创新材料研发。衡利苹团队围绕柔性高导热电磁屏蔽这一核心课题，积极响应国家科技强国战略，针对“卡脖子”难题，致力于开发新型柔性高效电磁防护与高导热复合功能材料，现已取得多项突破性进展和科研成果，为我国高端电子材料自主化提供了重要技术支撑。

展望未来产业，描绘创新蓝图。从实验室的创新突破到产业应用的广阔前景，衡利苹团队生动诠释了面向国家重大需求的科研导向。超薄柔性多功能电磁屏蔽膜材料不仅为下一代电子信息产业提供了关键材料支撑，更彰显了中国科研工作者科技强国、材料先行的使命与担当。

图3复合材料性能：（a）与其他工作的特定电磁屏蔽效能对比，在相同电磁屏蔽效能下，团队开的材料厚度是其他材料厚度的1／10甚至1／100；（b）面内及跨面热导率；（c）不同材料的击穿电压；（d）极端条件下的屏蔽稳定性；（e）力学强度；（f）与其他工作的综合性能对比图。（王超）