本篇研究发表于纳米材料领域权威期刊Nano-Micro Letters，针对传统金属电磁屏蔽模组体积大、密度高、无法贴合异形电子芯片的行业痛点，开发石墨烯/碳纳米管复合碳基打印墨水，依托DIW浆料直写3D打印工艺制备轻量化共形屏蔽（c-SE）结构，打印件密度仅0.076g/cm³，X波段电磁屏蔽效能最高可达61.4dB，成型模组可直接与电子封装一体化结合，同步实现电磁干扰阻隔与器件散热双重功能，适配5G、物联网各类小型集成电子产品。

传统金属屏蔽件占用电子设备内部大量空间，金属材质密度高、成型加工难度大，器件工作时还会出现积热散热难题；市面碳基屏蔽材料大多依靠喷涂、电镀工艺制备，无法自由定制三维镂空贴合结构，难以匹配芯片异形封装外形。而DIW增材制造依靠逐层挤出成型优势，可根据电子元器件外形自由设计任意多孔共形结构，搭配纤维素纳米纤维作为墨水分散载体，完美解决碳纳米填料团聚、墨水无打印流变性能等关键难题。

石墨烯/碳纳米管复合打印墨水调配与流变性能

研究以羧化纤维素纳米纤维作为分散粘结基底，搭配不同比例石墨烯、碳纳米管复配碳填料，通过超声分散、浓缩除泡制备可直写功能性墨水。纤维素分子链大量羟基可与碳纳米材料形成氢键、范德华相互作用，大幅提升填料分散均匀度，同时赋予墨水剪切变稀、触变、合适屈服应力等适配3D打印的流变特性，静置时保持固态支撑上层结构，挤出后顺滑成型不会坍塌。

实验设置6组碳填料配比对照，通过流变仪测试粘度、模量随剪切速率变化规律，优选G₂C₃配比墨水综合成型与导电性能最优，打印三维镂空框架可承受自身重量4000倍以上不发生形变，高低温环境下结构稳定性优异。

3D打印碳基结构微观形貌与电磁屏蔽性能

采用DIW浆料直写工艺打印满填充、错层镂空两种结构，冷冻干燥后得到多孔碳基框架，SEM表征可见纤维素交织网络均匀包裹石墨烯与碳纳米管，内部丰富多孔通道延长电磁波传播路径，提升多重吸收损耗。同等材料体系下镂空错层结构屏蔽效能略低于满填充样品，但单位密度屏蔽指数高达802.4dB·cm³/g，轻量化优势突出。

X波段8–12GHz频段测试中最优样品总屏蔽效能超过60dB，远高于商用20dB基础标准，电磁波吸收损耗为主要屏蔽机制，薄层打印结构即可实现高效阻隔，大幅降低屏蔽件整体厚度与重量。

电热管理与一体化共形屏蔽模组应用验证

碳基复合网络同时具备优异导电导热能力，打印成型框架可实现焦耳升温与热量快速传导，多组电压循环测试下温度响应稳定，长时间连续工作无性能衰减。将DIW打印共形屏蔽模组直接贴合电子芯片封装层，无需额外预留屏蔽安装空间，一体化结构既能阻隔外部电磁辐射干扰，又可快速导出芯片工作热量，解决小型电子产品散热难题。

实际手机辐射对比实验显示，搭载打印碳基屏蔽模组后设备辐射强度降至趋近于零，2–6GHz全频段屏蔽数值稳定超过30；热成像仿真证明带屏蔽封装整体工作温度显著下降，兼顾电磁兼容与热管理两大核心需求。

工艺工程应用价值

第一，依托DIW浆料直写自由成型优势，可根据各类芯片外形定制异形共形屏蔽结构，摆脱金属模具加工限制；

第二，碳基复合材料密度极低，轻量化特性适配便携电子、物联网微型器件小型化设计；

第三，单套打印系统即可完成墨水调配、三维结构一体化成型，同时实现电磁屏蔽与散热功能集成；

第四，水性纤维素基墨水无有毒溶剂，制备流程绿色环保，降低实验室与量产废液处理成本。

本文碳基共形屏蔽模组3D打印整套工艺思路，可匹配各类电子材料科研实验需求。天津铂邦科技专注DIW浆料直写设备研发制造，可根据科研、量产需求，提供标准化打印整机、软硬件系统定制、专属浆料工艺全流程技术服务。