5G通信技术的出现导致对同时具有电磁干扰（EMI）屏蔽和热管理特性的材料的需求日益增长。
本文，吉林大学 Jianxin Mu 等研究人员在《APPL MATER TODAY》期刊
发表名为“
Multifunctional PEEK-derived composites with thermal conductivity, electromagnetic shielding and active/passive thermal management properties”的论文，
研究提出并制备了一种由PBZ改性的多壁碳纳米管和石墨烯纳米片@poly(p-phenylene benzobisoxazole)-polybenzoxazine/poly(ether-ether-ketone)（MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK）复合薄膜材料。
氢键和高取向结构带来了优异的热导率（TC）。在碳纳米填料含量为 23.11 Vol%的情况下，其平面内和贯穿面的热导率分别为32.01W-m-1K-1 和3.05W-m-1K-1。此外，该复合薄膜还具有电磁干扰屏蔽和电/光热转换特性，相应的导电率和电磁干扰屏蔽效能（SE）分别为3830.3S/m和87.8dB。有趣的是，它还表现出卓越的热管理能力，包括高效的光热转换、快速的焦耳热反应和出色的循环稳定性。值得注意的是，这种复合薄膜不仅能监测人体运动，还能通过引入热致变色墨水实现焦耳热性能的可视化，从而大大拓宽了潜在的实际应用范围。总之，这项研究提出了一种设计 PEEK 衍生多功能复合材料的新策略，不仅可用于人工智能，还可用于热管理，大大推进了传统聚合物材料的开发进程。
图1.连续填料网络结构复合材料的制备示意图。
图2.（a） 改性前后 PBO 纤维的 SEM 图像;（b） PBO@PBZ和元素分布;（c1–c5）改性前后 PBO 纤维的 XPS 光谱。
图3.MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合膜的 （a–g） 断裂表面和 （i） 表面的 SEM 图像;（h） 是 （g） 的局部放大图像。
图4. （a-b）随着填料含量的增加，MWCNTs&GnPs@PBO/PEEK 和MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK复合薄膜的TC（点线图）和 TC 增强（柱状图）比较；(c) 通过 Agari 模型比较两种复合薄膜的 TC 拟合曲线；(d) MWCNTs&GnPs@PBO/PEEK 和 (e) MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜的 Vc 拟合曲线；(f) 基于 Foygel 模型的两种复合薄膜的 TC 拟合曲线比较；(g) MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜的 TC 增强机制示意图。
图5：（a）用于加热 MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜的传热装置示意图；（b）不同填料含量下复合薄膜的加热曲线和（c）相应的红外热成像；（d）两种复合薄膜传热的有限元模拟。
图6. MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜的电导率和电磁屏蔽性能。
图7. MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜的相对电阻变化与人体不同运动状态的函数关系。
图8. (a) MWCNTs&GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜在梯度光照下的温度变化曲线；(b) 复合薄膜在3Sun 光照下的循环加热-冷却稳定性；(c) 复合薄膜在梯度电压下焦耳加热温度的变化；(d) 复合薄膜在不同输入电压下的温度变化曲线和 (e) 红外热成像图；(f) 复合薄膜在 10 V 输入电压下焦耳加热性能的循环稳定性；(g) 含有热致变色油墨的复合薄膜在输入电压增加时褪色过程的光学图像和 (h) 加热过程的红外热成像。
本研究利用 PBZ 改性 PBO 纤维制备了多功能 MWCNTs/GnPs@PBO-PBZ/PEEK 复合薄膜。碳纳米填料优异的导电性与连续填料网络的形成相结合，使复合材料表现出显著的热导率、电磁干扰屏蔽、光热转换和焦耳加热特性。在填充物含量为23.11vol% 时，复合薄膜的面内热导率达到 32.01 W-m-1K-1，导电率为3830.3S/m，EMI SE为87.8 dB。出色的导电性赋予了复合薄膜卓越的传感性能，使其能够有效地检测和识别人体肢体的常见动作。此外，GnPs 和 MWCNTs 之间的强相互作用增强了复合薄膜的焦耳加热能力，在12 V 的驱动下，其温度可在短时间内达到134.6 ℃。此外，热致变色墨水的加入还可实现焦耳加热性能的可视化。总之，本研究为开发用于柔性可穿戴应用的基于 PEEK 的复合材料提供了新的见解，并提出了一种增强传统聚合物材料多功能性的新方法。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.apmt.2024.102566
