电磁屏蔽材料的研究进展.doc

电磁屏蔽材料的研究进展.txt人生重要的不是所站的位置，而是所朝的方向。不要用自己的需求去衡量别人的给予，否则永远是抱怨。 本文由fatai24贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电磁屏蔽材料的研究进展古映莹等 ? 电磁屏蔽材料的研究进展 古映莹 邱小勇 胡启明 刘雪颖 （中南大学化学化工学院，长沙） 摘要 简单介绍了电磁辐射的危害性及发展电磁屏蔽材料的意义，阐述了电磁屏蔽材料的屏蔽原理，较为详细 地介绍了表层导电型、填充复合型、导电纤维、导电织物等电磁屏蔽材料及各种材料在工艺上的优缺点；同时阐述了各 种电磁屏蔽材料的研究进展和发展前景，预测了电磁屏蔽材料的发展方向。 关键词 电磁屏蔽 电磁辐射屏蔽原理研究现状 （ ， ） “ ， “ ， ， ， 前言 随着科学技术的发展，人类已进入信息社会，在生产中使用 的电子电气设备越来越多，生存环境已具有浓厚的电磁环境内 涵。随着城市人口的迅速增长，汽车、电子、通信、计算机及电器 设备大量进入家庭，电磁波向外辐射的电磁能量正以每年 的速度递增，电磁环境污染日益严重。另一方面，电子电 气设备对外界电磁环境的敏感性增加，电子电气设备由于日趋 数字化、高度集成化、信号电平小量化以满足其高速化、轻量化 和小型化的要求，极易受外界电磁干扰而使其产生误动作，从而 带来严重后果。基于上述原因，各国通过立法和制定标准，规范 电磁辐射的最大电磁辐射剂量，欧盟自年月日开始强 制执行电磁兼容性标准，我国也于年月日起对涉及人 类健康安全、环境保护和公共安全的产品强制实行包括电磁兼 容认证（认证）在内的认证制度。电磁屏蔽是抗电磁 干扰的重要手段，是治理电磁环境污染的有效手段，可以防止电 磁信息泄密，因此各国已投入较多的人力物力，积极从事电磁波 屏蔽材料的研究和开发，多年来已陆续取得不少成果。我国由于 原有工业基础比较薄弱，某些问题尚未充分暴露，矛盾还不够突 出，某些部门对环境电磁学重要性的认识还很不够，为了确保国 家政治、军事及经济等部门的信息安全，保护国家利益，并使我 国电子产品、设备与国际市场接轨，大力发展电磁波屏蔽技术的 研究势在必行。 多次返射因子，所有因子都用表示】。 吸收损耗因子（）的计算公式： 平面后反射损耗（）的计算公式： 一一幻（肛?，） 式中：为屏蔽厚度，；辨为屏蔽材料的相对导电率；雎为屏蔽 材料的相对导磁率；为频率，。如果吸收因子在以上， 多次反射因子（）可以忽略，仅当屏蔽层很薄或频率低于 时，才是重要的。可以看出，性能良好的电磁屏蔽材料应具有 较高的电导率及磁导率。某些金属或合金是电的良导体，如铜、 铝等，对高阻抗电场有很好的屏蔽作用，但对低阻抗磁场的屏蔽 却不够理想；而有些金属或合金，如铁、坡莫合金等却对低阻抗 磁场有很好的屏蔽作用。为在较宽广的频率范围内都有好的屏 蔽作用，屏蔽材料应是高电导率及高磁导率材料的组合。 电磁屏蔽材料的研究进展 根据应用需要及各种法规的要求，当材料的屏蔽效果达到 的中等评比数值时认为有效。屏蔽电磁干扰的方法很 多，在选择具体的屏蔽方法时，要综合考虑屏蔽效能、成本和工 艺等因素。随着化工技术的发展，发泡塑料由于其易成形，并具 有价廉、重量小、便于安装、抗腐蚀、外观好等优点，其应用日益 增加，因此提供有效的屏蔽，越来越显示出其强大的生命 力。其中表层导电型屏蔽材料的开发和应用已取得一定的进展。 尤其是导电涂料以其低成本和中等屏蔽效果目前仍占据电磁屏 蔽材料的主要市场。而填充复合型屏蔽材料由于其成型加工和 屏蔽的一次完成，便于大批量生产，因此是电磁屏蔽材料的一个 发展方向。 电磁辐射的屏蔽原理 对于任何电磁干扰，屏蔽作用都由种机理构成。入射波的 一部分在屏蔽的前表面反射，另一部分被吸收，还有一部分在后 表面反射。屏蔽效能等于吸收因子加上反射因子，加上 万 方数据 ? 材料导报 年月第卷第期 表层导电型屏蔽材料 （）导电涂料 导电涂料是用金属粉末、炭黑等导电填料与各种合成树脂 料一般选用大尺寸的纤维状与片状材料。目前最常用的有金属 纤维金属片等，此外还有碳纤维超导碳黑金属合金填料等。填充 型屏蔽材料是继表层导电型材料之后推入市场的新型材料，大 有后来居上之势。目前美国、英国和日本等国家已经开发了大量 的此类屏蔽材料。 混合制成的，涂敷于塑料表面。作为电磁屏蔽材料，导电涂料的 优点是可在复杂形状上涂敷，成本低、简单实用且适用面广，可 批量生产等；缺点是施工环境较为恶劣。目前在各种机壳屏蔽方 法中，导电涂料最受青睐。国外根据不同的需求，应用较多的是 银系、碳系、镍系和铜系导电涂料“。 银系的导电性最高，体积电阻可达。?，具有 优良的屏蔽性能，但由于价格昂贵，除在特殊要求的领域外，一 般应用不多。碳系虽然成本低廉，但导电性差，体积电阻可达 ?，一般用作防静电涂层，很少用作电磁屏蔽涂 层。镍系是世纪年代初由美国首先开发的，起初是一种军 用涂料，目前已广泛使用，仅年，其在美国的消耗量就达 。四川大学管登高等“根据电磁波屏蔽材料对电磁 波作用原理，用镍粉和金属纤维作为复合填料，以丙烯酸树脂作 为粘结剂，制备了一种能屏蔽电磁波的复合材料，并将其应用在 有线电视网和电子工作间。该材料在射频段将有线电视传输网 设备中的干扰场降低了，在电子工作间的屏蔽效能 达到。铜系电涂料导电型强于镍系，体积电阻可达 ?，价格低廉，但是新制备的铜粉表面会迅速形成 ：和薄膜，使其导电性迅速下降，甚至不导电。因此铜 粉防氧化技术是制备导电性能稳定的铜系导电涂料的关键技 术，目前主要的防氧化技术有：表面镀金属、加还原剂、有机磷化 合物处理、聚合物稀溶液处理、偶联剂处理等。毛倩瑾等耶采 用化学镀法在铜粉体上沉积金属银层，获得了具有更为优良导 电性的复合电磁屏蔽涂层，表面电阻率由铜系涂层的 ?下降到?。优良的电导率使得涂层具有 很好的电磁屏蔽性能，复合涂层的电磁屏蔽效能在 频段范围内达到一左右。 推出两种新型的电磁波屏蔽涂料儿及 （）金属纤维填充型屏蔽材料 金属纤维填充型屏蔽材料的屏蔽效果取决于导电填料的导 电性及它们之问的相互接触程度，使用长径比大的金属纤维，由 于彼此更容易搭接，因而可获得较好的导电性能。 谭松庭等以不锈钢纤维作为填料，分别与和复 合制得了电磁屏蔽用导电性聚合物复合材料，考察了表面改性 和复合工艺对金属纤维聚合物复合材料性能的影响。结果表 明：用不同表面处理剂处理不锈钢纤维后，随纤维表面张力增 加，复合材料的电阻率增加；使用母料法复合工艺有效地改善了 金属纤维在聚合物基体中的分散，可以提高复合材料的导电性 和电磁屏蔽性能。余洪斌等胡为了克服铁纤维使用时搭接在一 起从而在涂层内部构成导电纤维进行了表面处理，处理后纤维 的表面电导率和磁性能有一定提高。 金属纤维填充复合型屏蔽材料具有优良的导电性能，屏蔽 效果高，综合性能好，是一类很有发展前途的电磁屏蔽材料，但 金属纤维在添加剂中的分散问题还有待改善。 （）碳纤维碳黑填充型屏蔽材料 碳纤维具有优良的导电性，早期研究中碳纤维只是作为树 脂增强体加入，添加的碳纤维表面改性和化学掺杂改善其电磁 屏蔽性能，并取得了一定进展。日本崎埠大学元岛二教授等研制 的螺旋碳纤维“ ，】在较宽频段内有较高吸收 率。在碳纤维表面镀镍等金属使其金属化“，获得的碳纤维镀 金属均匀、致密、结合力好，并具有良好的电磁特性。 张清华采用炭黑（）为导电组分填充聚丙烯制备复合 型导电高分子材料。在分散剂作用下，炭黑可较好地分散在聚丙 烯中，赋予材料导电性能，导电阈值为（）左右，研究表 明炭黑以葡萄状聚集体的形态存在是复合材料具有低导电阈值 和良好导电性能的重要原因。这种材料具有良好的导电性和电 磁屏蔽性能。 ，可满足抗（电磁干扰）的要求。是银粉涂料， 是基于银粉覆铜的涂料体系，与许多设备的塑料外壳具有优良 的电磁兼容性，漆膜极薄即可提供足量的电磁屏蔽效果。 电磁屏蔽用导电涂料发展很快，在国外已有许多品种商品 化，其中绝大多数是镍粉、铜粉、银粉以及碳黑等填充性的导电 涂料。国内已有一定的导电涂料研究基础，但未形成名牌产品， 涂料在屏蔽效能、物理性能和环境性能上也存在着许多问题。 （）超细粉末填充型屏蔽材料 超细材料的特殊结构导致奇异的表面效应和体积效应，使 其具有特殊的微波吸收性能，同时还具有吸收频带宽、多功能、 质量轻、厚度薄等特点，将这些特殊功能的超细材料与其他屏蔽 材料复合所得的新型材料是一种极有前途的电磁屏蔽材料。 近来，美国已开发出一些超细炭黑，可用于制造电磁屏蔽材 料。如公司的“卜”碳黑和哥伦比亚化学公 司的“一”炭黑。日本三菱人造丝公司研制的超细 炭黑，其密度为，其屏蔽效果达到，被誉为 世界上最轻的电磁屏蔽材料。 （）金属敷层屏蔽材料 金属敷层屏蔽材料们是通过金属熔射法、真空镀金法、阴 极溅射法、非电解电镀法等使高分子绝缘材料的表面获得很薄 的导电金属层，从而达到电磁屏蔽的目的。 这种材料屏蔽性能好，但工艺复杂、技术要求高、受各种条 件限制、价格昂贵，而且有的金属有毒等，因此目前应用不广。 （）石墨基填充型屏蔽材料 由于石墨层间化合物经过膨化工艺制得的膨胀石墨具有高 的电导率和表面积，从而赋予它较好的电磁屏蔽性能，当石墨层 间化合物在高温膨化时，形成在轴方向膨胀多倍的石墨 蠕虫。这种蠕虫在压缩过程中可以相互连接在一起，在制备型材 的过程中不需要加入任何粘结剂，所以膨胀石墨作为基体来制 填充复合型屏蔽材料 填充复合型屏蔽材料是由电绝缘性较好的合成树脂和具有 优良导电性能的导电填料及其它添加剂组成，经注射成型或挤 出成型等方法加工成各种电磁屏蔽材料制品。其中常用的合成 树脂有聚苯醚、聚碳酸酯、尼龙和热塑性聚酯等等。导电填 万 方数据 电磁屏蔽材料的研究进展古映莹等 备高导电复合材料将是一个非常好的选择。通过这种方法制得 的柔性石墨具有非常好的屏蔽性能，此外还兼备非常好的热稳 定性、化学稳定性和热膨胀系数“。 混合针织物增强聚丙烯复合材料的制法及其电磁屏蔽效果。他 们用玻璃纱作为增强材料，在其外面用聚丙烯纤维包绕构成包 芯纱。聚丙烯纤维作为该芯纱的束缚纱和装饰纱，同时也是复合 材料的基体材料。然后用一种的针织横机把这种包芯纱织 成纬编针织物，再采用模压工艺把这层针织物压制成复合材 料制品。这种导电针织物增强复合材料在范围内 的电磁屏蔽效果令人鼓舞，适于作电脑、电子装置和科学仪器的 外壳。据报道，用聚酯和聚吡咯所得的复合织物具有良好的 导电性（?）和电磁屏蔽性能，对以上的电磁波 的屏蔽效能达到。 导电织物由于方便、适应、效果好、重量轻等优点而成为近 年研究的热点比。 防电磁辐射纤维 根据电磁波屏蔽作用原理，已经开发出几种防电磁辐射纤 维，包括导电玻璃纤维、导电高聚物纤维、金属纤维、碳纤维等。 （）导电玻璃纤维 导电玻璃纤维是镀金属技术与纤维表面处理相结合的产 物。镀金属玻璃纤维的强度高、导电性好、易成型、成本低，具有 很好的应用前景。 日本研制的纤维已广泛应用。我国也开展了这方 面的研究工作，中国建筑材料科学研究院鲍红权等 利用玻璃 纤维表面处理和化学镀技术制备出玻纤、玻纤、玻纤 三种导电玻璃纤维。种导电玻璃纤维中的玻纤 、玻纤都具有较好的导电性能，但易被氧化形成氧化层， 影响导电性。玻纤采用双镀层结构，把的高导 电性和镀层优良的抗氧化及热稳定性结合起来，因而 具有良好的导电性、抗氧化性和热稳定性。 非晶型电磁屏蔽材料 非晶型屏蔽材料是利用在原始屏蔽体上增加一层某一厚度 的非晶态物质，通过非晶态物质的特殊性质，和原来屏蔽体复合 后达到较好的电磁屏蔽效能。非晶态的形成目前主要有以下几 种方式：用某种电解液在金属表面上沉积的非晶薄膜； 非晶合金纤维组成材料。它是将屑状或薄片状的非晶态物质用 有机粘合剂粘接后再用热挤压法制成；等离子喷涂制得的大 块非晶镀层。这种方法由于在制作非晶镀层的过程中会破坏原 来基体的屏蔽性能，故最终组成物应该加上一定的热处理工序， （）导电聚合物纤维 导电聚合物纤维是指世纪年代以后开发的。、。、 。等物质以电化学掺杂方法合成的具有导电功能的共轭聚合 物，如聚乙炔类、聚苯撑（）类、聚吡咯（）类、聚噻吩（） 类、聚苯胺（）类、聚杂环（）类。这类材料具有重量轻、韧 性好、易加工、电导率易于调节的优势，用它作电磁干扰屏蔽材 料可以弥补典型金属型电磁屏蔽材料的成型缺陷。但由于这类 材料本身刚度大、难熔、成型、成纤较为困难，而且掺杂剂多数为 毒性大、腐蚀性强的物质，导电稳定性、重复性差，成本较高，因 而目前用作电磁屏蔽材料的实用性有限“。宋贤月盯从掺杂工 艺出发，利用甲酚作掺杂溶剂，再用樟脑磺酸作为掺杂剂并用机 械研磨混合法对聚苯胺进行掺杂，可以得到的最高电导率为 ，而且用这种方法节省掺杂剂，使用溶剂较少，制备导 电聚苯胺的效率高，材料制成的薄膜导电率可高达。潘 玮等叩采用现场吸附聚合法制备聚苯胺涤纶织物，并将导电 纤维嵌入普通涤纶织物中。制得的导电纤维具有较高的聚苯胺 含量和优良的电导性，其与普通纤维的嵌交织物具有较好的抗 静电和电磁屏蔽性能。 使材料的屏蔽性能最优化；多层非晶镀层。类似材料结构的复 合，这样做可以充分利用各种非晶镀层的优点，进一步提高材料 的最终屏蔽性能值。但该方法目前还面临许多技术难题，如非晶 层之间的粘接、各镀层厚度的优化组合等，有待于更深一步的研 究。 非晶态合金材料具有高强度、高硬度、高延展性等机械性 能，耐腐蚀性好，还具有较好的催化及储氢特性，抗辐照能力强， 可以形成一系列性能优良的软磁材料。非晶态合金材料无论在 理论上还是在应用开发方面都取得了丰硕成果“，作为电磁屏 蔽材料则是非晶态合金应用的新领域。俄国学者用该国产非 晶态软磁合金研究了电磁屏蔽性能和屏蔽效果。研究内容为：研 究表面上电解沉积非晶态合金膜的金属板的屏蔽性能；非晶态 合金纤维制作的复合材料的屏蔽性能；用等离子喷涂法制得的 厚非晶态涂层复合板的屏蔽性能。 结束语 传统的电磁屏蔽材料与吸波材料强调的是强衰减，而新型 导电织物 导电织物具有抗静电、导电、电磁屏蔽等性能和广泛的适用 的材料则大多采用复合技术，突出质量轻、频带宽和性能好的 特点，能满足于不同环境和应用场合的需求，因此开发和研制新 一代的多频、轻质、智能型的电磁屏蔽材料必将成为日后的重 点。同时由于在最新领域的导电、导磁纳米材料的体积效应和表 面效应，使其具有许多独特的性能，因而纳米材料具有较高的研 究价值。从电磁屏蔽材料的发展来看，未来电磁屏蔽材料的发展 趋势主要有：屏蔽材料内部结构优化、成型工艺改进，可以提 高材料的综合电磁屏蔽效能；材料的非晶化和纳米化，通过这 种手段，可以对材料内部组织进行优化，甚至使材料内部晶粒 细化到纳米级别，从而可能产生质的飞跃，大大提高材料的包括 电磁屏蔽性能在内的综合性能；用工艺及结构的复合化改良 材料的电磁屏蔽性能，例如将有机组分和无机组分在纳米尺寸 上相组合，制得各种性质独特的杂化材料等。 性，在电子工业日益发展的今天，越来越显示出巨大的市场潜 力。浙江丝绸工学院纤维分院傅雅琴妇开展了镀镍涤纶导电织 物研究，取得了很好的效果。日本大和纺织公司开发的金属纤维 “”，具有很高的电磁屏蔽效果“。北京华星公司总工程 师刘绍芝教授目前研制出的一项新材料一一纯棉涤电磁屏蔽材 料，如同薄纱，覆盖在电脑显示器上时，屏幕显示内容一清二楚。 如果用纯棉涤屏蔽材料将飞机的客舱屏蔽起来，那么飞机便不 会再受到乘客手机、呼机等发出的电磁波的干扰，从而保证安 全“。导电布衬垫是采用聚醚聚氨基甲酸脂作为海绵芯，具有 优异的弹性和阻燃性，导电布衬垫具有良好的屏蔽性能，并且具 有极高的性价比，是目前最新、应用最广泛的屏蔽材料。中国台 湾台北工业大学等们介绍了一种玻璃纤维铜丝 万 方数据 ? 材料导报 年月第卷第期 ， 一 ，（）： 参考文献 凯瑟著肖华亭，许昌清，雷有华等译电磁兼容原理 北京：电子工业出版社， 鲍红权，刘强华，赵超华，等化学镀金属导电玻璃纤维制 备与性能研究玻璃纤维，（）： 章红，潘力军聚苯胺与导电纤维合成纤维，（）： 杜仕国导电涂料的研究及进展涂料工艺，（）： ， 一（）公司屏蔽应 用导电涂层的比较电子材料与电子技术，（）： ， 弘 宋贤月高导电聚苯胺薄膜的制备及其电磁屏蔽性能的研 究高分子学报，（）： 潘玮，黄素萍，龚静华聚苯胺涤纶导电纤维的制备及其 织物抗静电性能研究合成纤维，（）： 傅雅琴，程文兴，袁骏，等浙江丝绸工学院学报， （）： ，： 。，（）： 管登高，黄婉霞，蒋渝，等镍基电磁波屏蔽复合涂料制备 及在中的工程应用电子元件与材料，（）： 施冬梅，杜仕国，田春雷，等铜系电磁屏蔽涂料防氧化技 术研究进展现代涂料与涂装，（）： 毛倩瑾，于彩霞，周美玲复合电磁屏蔽涂料的研 究涂料工业，（）： 田池，科技动态点滴（一）船用导航雷达，（）：