物理高新技术环境科学下的物理学电磁污染市公开课获奖课件

1、电磁污染第1页第1页第2页第2页一、电磁污染源第3页第3页1、电磁污染概念与种类电磁污染概念电子电气设备在工作过程中会产生电磁辐射，当电磁场强度达到一定量后造成对环境污染现象，就是电磁污染。 电磁污染源种类电磁污染源能够分为天然电磁污染源和人为电磁污染源两类。 第4页第4页2、天然电磁污染源天然电磁污染源是由自然现象引起，主要宇宙射线、太阳热辐射、雷电、地球热辐射、还包括火山爆发、地震、太阳黑子活动引起磁暴现象等。直接危害电气设备和设施产生电磁干扰，严重干扰短波通讯 分类起源大气与空电污染源自然界火花放电、雷电、台风，高寒地域飘雪等太阳电磁场源太阳黑子活动与黑体放电等宇宙电源场源银河系恒星爆发

2、、宇宙间电子移动等第5页第5页2、天然电磁污染源第6页第6页3、人为电磁污染源人为电磁污染源包括：脉冲放电：本质上与雷电相同，影响区域较小。如切断大电流电路时产生火花放电会产生很强电磁干扰。工频交变电磁场：不向外辐射电磁波，对附近有严重电磁干扰。如大功率发电机、变压器、输电线附近电磁场。比如收看无线电视节目时，有发电机汽车或摩托车在附近通过时，致使电视机忽然出现“雪花”现象。射频电磁辐射：产生电磁污染主要起源如无线电广播、电视、微波通信等各种射频设备发射电磁波，频率范围宽广，影响区域较大，能危害近场区人员。第7页第7页3、人为电磁污染源 广播电视发射设备：广播电视发射台和中转台 通信雷达及导航

3、发射设备包括短波发射台，微波通信站、地面卫星通信站、移动通信站。工业、科研、医疗高频设备工业：高频炉、塑料热合机、高频介质加热机等。医疗：高频理疗机、超短波理疗机、紫外线理疗机等。科学：电子加速器及各种超声波装置、电磁灶等。交通系统电磁辐射干扰电气化铁路、轻轨及电气化铁道、有轨道电车、无轨道电车等。电力系统电磁辐射高压输电线包括架空输电线和地下电缆，变电站包括发电厂和变压器电站。家用电器电磁辐射计算机、显示器、电视机、微波炉、无线电话等。第8页第8页4、电磁污染传播路径电磁辐射所造成环境污染路径包括：空间辐射如发射塔。导线传播如高压线复合污染上述两者结合第9页第9页二、电磁辐射污染 危害第10

4、页第10页1、电磁辐射对人体作用机理磁生物效应微观机理影响电子传递、影响自由基活动、影响蛋白质酶活性、影响生物半导体效应、影响生物体内磁水效应、影响遗传基因改变、影响生物代谢过程。第11页第11页2、电磁辐射对人体作用方式 电磁辐射对人体作用机制，包括热效应、非热效应以及累积效应等。热效应人体70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后互相磨擦，引起机体升温，从而影响到体内器官正常工作。产生热效电磁波功率密度在10mW/cm2微观致热效应1 mW - mW/cm2浅致热效应在10mW/cm2下列。第12页第12页2、电磁辐射对人体作用方式非热效应：人体器官和组织都存在一个微弱电磁场，受外界电磁场干扰

5、，处于平衡状态微弱电磁场显现出非热效应。神经系统：人中枢神经系统受到强电磁辐射后，会引起一些器官功效发生改变。如条件反射性活动受到克制，出现心动过缓等。感觉系统：低强度电磁辐射就可使人嗅觉机能下降；当人头部受到低频小功率声频脉冲照射时，就会使人听到仿佛机器响，昆虫或鸟儿鸣声音。第13页第13页2、电磁辐射对人体作用方式非热效应免疫系统：长期接触低强度微波人和同龄正常人相比，体液与细胞免疫指标中免疫球蛋白减少，使人体体液与细胞免疫能力下降。内分泌系统：低强度微波辐射就可使人丘脑-垂体-肾上腺功效紊乱；CRT、ACTH活性增长，内分泌功效受到影响。遗传效应：微波能损伤染色体。比如用195MHz、2

6、.45GHz和96Hz微波照射老鼠，会使4%-12%精原细胞骨形成染色体缺点，老鼠能继承这种缺点，染色体缺点可引起受伤者智力迟钝、平均寿命缩短。第14页第14页2、电磁辐射对人体作用方式累积效应热效应和非热效应作用于人体后，对人体伤害尚未来得及自我修复之前，再次受到电磁波辐射话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态，危及生命。对于长期接触电磁波辐射群体，即使功率很小，频率很低，也也许会诱发想不到病变，应引起警惕。第15页第15页3、电磁辐射对人体危害电磁辐射危害与波长相关。长波对人体危害较弱，伴随波长缩短，对人体危害运渐加强，而微波危害最大。研究发觉，电磁场生物效应随频率加大而递增，其

7、危害程度，微波超短波短波长波；脉冲波连续波。强磁场能在短时间内使人失去定向感觉。第16页第16页3、电磁辐射对人体危害电磁辐射致癌突变作用对视觉系统影响能减少眼部血流量，引起视觉障碍，造成视觉疲劳和不舒适。对神经系统和免疫系统造成直接伤害。损害中枢神经系统，头部长期受电磁辐射影响后，轻则引起失眠多梦、头痛头昏、疲劳无力、记忆力减退、易怒、抑郁等神经衰弱症，重则使大脑皮细胞活动能力削弱，并造成脑损伤。 第17页第17页3、电磁辐射对人体危害对人体生殖系统和遗传影响长期受到电磁波辐照，可使男性精子减少，使精子基因畸形并也许变成不育或者畸胎。 电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变诱发原因。女性和

8、胎儿尤其容易受到伤害，1至3个月为胚胎期，受到强电磁辐射也许造成肢体缺点或畸形；4至5个月为胎儿成长期，受电磁辐射可造成免疫力功效低下，出生后身体弱，抵抗力差。引起心血管疾病、糖尿病可造成儿童智力残缺第18页第18页4、电磁辐射对装置、物质和设备影响及危害主要是电磁干扰与电磁感应作用干扰通讯、电视信号比如电子战对易爆物质和装置危害火药、雷管和炸药等常规电气引爆兵器装置等电磁辐射对挥发性物质危害酒精、煤油、液化气等第19页第19页电磁辐射八大高危行业金融：由于普遍使用计算机网络、当代化办公设施，操作人员直接受到电磁辐射。广电：广播、电视发射系统、无线电发射系统、编辑机房、演播室均向外发射大量电磁

9、波。IT：计算机系统及网络随时向外发射大量电磁波。电力：高压输电、变电、发电设施产生高强度电磁波。电信：移动通讯基站等无线通讯系统电磁波强度很大，尤其是手机 。民航：民航指挥塔及飞机本身都向外发送大量电磁波，此行业人员尤其应注意防护。铁路：电气化铁路电力线及变配系统向外发射大量电磁波。医疗：高频理疗、超短波理疗及各类频谱仪，都向外发射大量电磁波。第20页第20页5、电磁辐射对肌体作用相关原因场强频率作用时间与作用周期与辐射源间距振荡性质作业现场环境温度和湿度年龄与性别适应与积累作用第21页第21页三、环境安全原则第22页第22页1、电磁辐射防护要求（GB8702-77）电磁辐射防护限值基本限值

10、职业照射：在天天8h工作期间内，任意连续6min按全身平均比吸取率（SAR）应小于0.1W/kg。公众照射：在一天24h内，任意连续6min按全身平均比吸取率（SAR）应小于0.02w/kg。第23页第23页2、环境电磁波卫生原则分级原则以电磁波辐射强度及其频段特性对人体也许引起潜在性不良影响阈下值为界，将环境电磁波允许辐射强度原则分为二级。一级原则为安全区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作、生活一切人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者），均不会受到任何有害影响区域；新建、改建或扩建电台、电视台和雷达站等发射天线，在其居民覆盖区内，必须符合“一级原则”要求。第24页第24页2、环境电磁波卫生原

11、则二级原则为中间区，指在该环境电磁波强度下长期居住、工作和生活一切人群（包括婴儿、孕妇和老弱病残者）也许引起潜在性不良反应区域；在此区内可建造工厂和机关，但不许再建造居民住宅、学校、医院和疗养院等，已建造必须采用适当防护办法。超出二级原则地域，对人体可带来有害影响；在此区内可作绿化或种植农作物，但严禁建造居民住宅及人群经常活动一切公共设施，如机关、工厂、商店和影剧院等；如在此区内已有这些建筑，则应采用办法，或限制辐射时间。第25页第25页2、环境电磁波卫生原则卫生要求第26页第26页3、电磁污染监测办法电磁污染测量实际是电磁辐射强度测量。第27页第27页5、测量仪器与设备第28页第28页5、测

12、量仪器与设备近区场强仪超高频近区场强测量仪远场仪与干扰仪微波漏能测试仪第29页第29页四、电磁污染控制第30页第30页1、电磁辐射主要防护办法 制定防护技术办法原理加强电磁兼容性设计审查与管理认真做好模拟预测与危害分析设备合理设计提升槽路滤波度元件与布线要合理屏蔽体结构设计合理实行屏蔽第31页第31页1、电磁辐射主要防护办法制定防护技术办法原理射频接地吸取防护采用机械化与自动化作业，实行远距离防护滤波设备正确使用加强个人防护加强都市规划与管理，实行区域控制第32页第32页2.1电磁屏蔽概念与机理电磁屏蔽概念利用屏蔽体制止电磁场在空间传播一个办法，即限制从屏蔽材料一侧空间向另一侧空间传递电磁能量

13、。电磁屏蔽原理采用低电阻导体材料，由于导体材料对电磁能流含有反射和引导作用，在导体材料内部产生与源电磁场相反电流和磁极化，从而削弱源电磁场辐射效果。屏蔽是预防电磁波辐射关键第33页第33页2.1电磁屏蔽机理屏蔽材料屏蔽电磁作用机理a.入射表面反射衰减；b.未被反射而进入屏蔽体电磁波被材料吸取衰减；c.屏蔽体内部多次反射衰减。反射衰减，就是电磁场射入金属导体时，由电磁感应而产生感应电流。在这个感应电流作用下，必定建立一个新电磁场，从而将入射场能衰减。反射衰减大小取决于屏蔽层与屏蔽层周围介质之间阻抗匹配情况。吸取衰减，实质上是导体热损耗。它产生完全是由于电磁场射入金属屏蔽体时，因电磁感应而在金属表

14、面产生了感应电流，又由于金属导体中尤其是导体表面有一定电阻存在，必定在金属屏蔽层内，产生热损耗。第34页第34页2.2.1 表面导电材料表层导电型屏蔽材料，包括导电涂料、贴金属箔等。尤其是导电涂料以其低成本和中档屏蔽效果，简朴实用且合用面广等长处当前仍占据电磁屏蔽材料主要市场。 2.2电磁屏蔽材料第35页第35页2.2.1 表面导电材料(1)导电涂料电磁辐射污染防护导电涂料是一个流体材料，由合成树脂、导电填料、溶剂配制而成，可喷涂在塑料等基材表面上，形成电磁屏蔽导电层，从而使塑料达到屏蔽电磁波目的。惯用屏蔽涂料主要是以复合法制得，是以高分子材料为基体加入各种导电物质通过度散复合，层压复合等办法

15、处理后而含有导电功效多相复合体，普通由树脂、稀释剂、添加剂及导电性填料等构成。这种复合体既有导电功效，同时又含有高分子材料许多优秀性。成膜树脂在涂料喷涂后涂层中起骨架作用。用作成膜物原材料有环氧树脂、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂等。其中丙烯酸树脂在塑料、水泥墙表面含有较好附着力和较高硬度，且耐寒、耐热、耐腐蚀及防水性在普通涂料所用树脂中均属上乘。第36页第36页2.2.1 表面导电材料(1)导电涂料稀释剂和添加剂用以减少树脂黏度，浸润填充物，惯用有甲基溶纤剂、松木油、乙二醇丁醚醋酸酯等，稀释剂普通不采用溶剂型，以避免发气愤泡而减少导电性和黏接性。添加剂作用是提升涂料施工性能，促使金属

16、导电填料微粒在涂料中分散得更均匀，并提升金属微粒抗蚀性能。导电填料决定着屏蔽效果好坏。可用作导电填料非金属材料有炭黑和碳纤维、石墨及石墨纤维等。非金属材料导电性能差，屏蔽效果低。金属填料分为金属粉和金属氧化物，成本较高。为了减少导电填料成本，提升导电性能，常采用复合导电填料，分为复合粉末(如金属-金属、金属-非金属、金属-陶瓷)和复合纤维(如尼龙、玻璃丝、碳纤维等镀金属或金属氧化物等)。第37页第37页2.2.1 表面导电材料(2)金属敷层屏蔽材料通过化学镀金、金属熔融喷射、真空喷镀和贴金属箔等办法，使高分子绝缘材料表面取得很薄导电金属层，从而达到电磁屏蔽之目的。化学镀金是采用非电解法在A(丙

17、烯腈)B(丁二烯)S(苯乙烯)等工程塑料表面镀上一层含有电磁屏蔽特性金属导电层。镀层均匀且与基体黏附力强；可双面镀以提升屏蔽效果；可批量生产；屏蔽效果好且成本低。金属熔射法敷层是将金属锌经电弧高温熔化后，用高速气流将熔化锌以极细颗粒状粉末吹到高分子材料表面上，从而在表面形成一层极薄金属层。第38页第38页2.2.1 表面导电材料(2)金属敷层屏蔽材料真空喷镀法普通是在真空条件下加热，使铝、铬、铜等金属离子蒸发到塑料表面而形成均匀金属膜导电层。导电性好、镀层沉积速度快、黏附力强，但对复杂形状处理则比较困难，且真空容器大小使塑料制品尺寸受到限制。 贴金属箔复合屏蔽材料是利用铝箔、铜箔和不锈钢箔等塑

18、料薄板、薄片和薄膜经层压制成复合材料，适宜制造软质和硬质屏蔽材料。牢固、导电性能好、屏蔽效果好。第39页第39页2.2.2填充复合型屏蔽材料由电绝缘性较好合成树脂和含有优良导电性能其它添加剂所构成，经注射成型或挤压成型等办法制成各种电磁屏蔽材料制品。惯用合成树脂有聚苯醚、聚碳酸酯、ABS、尼龙和热塑性聚酯等。导电填料普通选取大尺寸纤维状与片状材料。当前最惯用有金属纤维、金属片等，另外尚有碳纤维、超导炭黑、金属合金填料等。 第40页第40页2.2.2填充复合型屏蔽材料(1)金属填充聚合物屏蔽材料导电材料金属片和金属粉末是最初使用电磁屏蔽材料填料。银含有优良导电生能、耐氧化，含有突出屏蔽效果，但价

19、格昂贵。铜导电性良好，价格适中，但密度较大，易在聚合物基体中分散，从而影响复合材料电磁屏蔽效果，并且铜粉容易被氧化变质而减少导电性。金属镍粉不易氧化，但电导率较低。为了提升填料综合性能，常将铜、镍或银混合使用。金属纤维由于含有较大长径比，易在聚合物基体中形成导电网络，开发品种有铁纤维、黄铜纤维、不锈钢纤维等。铁纤维填充塑料是开发出来一个品种，其综合性能优良，成型加工性好。第41页第41页2.2.2填充复合型屏蔽材料(2)非金属填充聚合物屏蔽材料石墨、炭黑含有成本低、分散性好等特点，但往往在很高含量下才干含有一定电磁屏蔽效果，这样会造成产品力学性能明显下降，并且制品本身为黑色，影响了产品外观，应

20、用范围受到限制。碳纤维含有高强、高模、化学稳定性好、比重小等长处，镀金属碳纤维或石墨纤维等有较好电磁屏蔽性能。利用这类复合填料制备电磁屏蔽材料既可减少成本，还克服了用纯金属作填料时所造成材料密度过大缺点。第42页第42页2.2.3 电磁屏蔽织物国内外现已研制出用涂层法、电镀法及复合纺丝法制造电磁屏蔽织物，共混纺丝法正处于研制阶段。与薄膜、板材等电磁屏蔽材料相比，电磁屏蔽织物更贴近人们生活。用电磁屏蔽织物做成服装、包装袋、装饰材料等，即满足人们日常生活需要，又起防护作用。第43页第43页2.2.3 电磁屏蔽织物最早电磁屏蔽织物主要是普通布化学镀金属化合物织物、普通布电镀金属化合物织物、普通化纤络

21、合铜纤维织物、碳纤维与普通混纺织物及金属纤维无纺布等。这些织物存在怕揉搓、拉伸、洗涤、或屏蔽性能不持久等。碳纤维由于含有比重小、比强度高、导电性良好等特点被广泛应用于电磁屏蔽复合材料中。普通碳纤维可借助特殊工艺处理办法，通过改进碳纤维电磁性能而使屏蔽效能得到进一步提升。这些办法包括在碳纤维表面包覆金属、镀覆SiC、沉积石墨炭粒，及将碳纤维原料与其它成份混合制成复合碳纤维等。第44页第44页2.2.3 电磁屏蔽织物电磁屏蔽纤维制法有(1)电镀法：将普通纤维先经退浆处理后用溶剂浸泡，经化学粗化、敏化、活化处理后用化学电镀法使金属沉积在纤维表面。该法制得纤维导电率高、强度高、耐磨、耐腐蚀性好，但手感

22、较差，包合困难，金属不易匀化，耐洗牢度不高。(2)涂敷法：产业用纺织品在普通纤维表面涂上金属或金属化合物，可采用黏合剂使金属附在纤维表面，也可将纤维直接软化后与金属黏合。该法涂层易脱落，且不易分布均匀 。(3)复合纺纱法：将镀金属纤维与普通纤维进行复合纺纱可制得含有电磁屏蔽功效复合纤维。第45页第45页2.2.3 电磁屏蔽织物电磁屏蔽纤维制法有(4)共混纺丝法：将含有电磁屏蔽功效无机粒子或粉末与普通纤维切片共混合进行纺丝，可制备含有良好导电性和铁电性纤维，又使纤维不失去原有强度、延伸性、耐洗性和耐磨性。共混法制得材料含有成本低、寿命长、可靠性高等长处，但屏蔽性能不高，尤其是高频时屏蔽性能会下降

23、，而增长填料用量将损失材料机械性能第46页第46页2.2.4 其它新型屏蔽材料(1)纳米材料：含有特殊抗紫外线、抗老化、抗菌消臭及良好导电性和静电屏蔽效应。将含有这些特殊功效纳米材料与纺织原料进行复合可制备各种功效纤维。(2)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产物。镀金属玻璃纤维强度高、导电性好、易成型、成本低，含有较好应用前景。(3)非晶态合金材料：非晶态合金材料含有高强度、高硬度、高延展性等机械性能，耐腐蚀性好，还含有较好催化及贮氢特性，抗辐照能力强，可形成一系列性能优良软磁材料。(4)聚苯胺导电纤维：与其它导电聚合物相比，原料易得，合成简朴，含有较高导电率和优良电

24、磁性能。由于含有潜在溶液加工也许性，同时还含有良好环境稳定性，被认为是最有应用前景导电聚合物。第47页第47页2.3 电磁波吸取材料吸波材料普通由机体材料与损耗介质复合而成，研究内容包括基体材料、损耗介质和成型工艺设计，其中损耗介质性能、数量及匹配选择是吸波材料设计中主要环节。吸波材料按其成型工艺和承载能力，可分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料两大类。涂敷型吸波材料是将吸取剂与黏结剂混合后涂敷于目的表面形成吸波涂层；而结构型吸波材料，则通常是将吸取剂分散在由特种纤维增强结构材料中所形成结构复合材料，它含有承载和吸取电磁波双重功效。第48页第48页第49页第49页2.3.1电磁波吸取原理电磁屏蔽

25、不能从主线上削弱、消除电磁波。只有使用电磁波吸取材料，把电磁能转化为其它形式能量，才干消耗电磁波。电磁波吸取材料作用是吸取入射电磁波，并将电磁能转换成热能损耗掉。当前耗损电磁能手段有：借助介电物或微粒分子在电磁作用下趋于运动，同时受限定导电率影响而将电磁能转变成热能损耗掉；采用以结构形式使入射波相位与反射波相反来衰减电磁能。第50页第50页2.3.2涂敷型吸波材料将吸波涂料分散在有机高分子材料黏结剂中，同时加入一些其它附加物，采用涂刷或喷涂办法加工，经常温固化形成涂层结构。该涂层适合用于复杂曲面形体，且耐候性及综合机械性能良好。涂敷型吸波材料工艺简朴、使用以便、容易调整。(1)铁氧体吸波涂料：

26、是把铁氧体分散在有机高分子材料黏结剂中，同时还加入一些其它附加物。铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型。自然共振是铁氧体吸取电磁波主要机制。自然共振是指铁氧体在不加外恒磁场情况下，由入射交变磁场和晶体磁性各向异性等共同作用产生共振。由于铁氧体既是磁介质又是电介质，含有磁吸取和电吸取两种功效，是性能极佳吸波材料，与其它吸波材料相比，它还含有体积小、吸波效果好、成本低特点。但它也含有密度大、高温特性差等缺点。第51页第51页2.3.2涂敷型吸波材料(2)超微磁性金属粉：磁性金属、合金粉末含有温度稳定性能好，磁导率、介电常数大，电磁损耗大，有助于达到阻抗匹配和展宽吸取频带等长处，是此后吸取材料主

27、要发展方向。而超微磁性金属粉材料就是将超细磁性金属粉末与高分子黏结剂复合而成，可通过多相超细磁性金属粉末混合百分比等调整电磁参数，达到较为抱负吸波效果。金属微粉吸波材料主要有两类：一是羰基金属微粉吸波材料；二是通过蒸发、还原、有机醇盐等工艺得到磁性金属微粉吸波材料。金属微粉吸波材料微波磁导率较高、温度稳定性好，但抗氧化、耐酸碱能力差，远不如铁氧体；介电常数较大且频谱特性差，低频段吸取性能较差；密度较大。第52页第52页2.3.2涂敷型吸波材料(3)纳米材料：材料组分特性尺寸在0.1-100nm，它含有极好吸波特性，频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄，对电磁波透射率及吸取率比微米级粉体要大得多。(4)磁纤维吸波涂层：吸波涂层材料中所使用球状磁性吸取剂很难满足装备对吸波涂层苛刻要求。由铁、镍、钴及其合金制成一个多层磁纤维吸波涂层，其中纤维可通过各种吸波机制来损耗微波能量，因而可在较宽频带内实现高吸取，且重量可减轻40-60%。其中，多晶铁纤维在微波低频段吸波性能尤为突出。(5)导电高聚物：导电高聚物含有共轭电子线形或平面形