电磁屏蔽材料的研究与发展展望

电磁屏蔽材料的研究与发展展望

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摘要：电磁屏蔽是对干扰源或感受器（敏感设备、电路或组件）进行屏蔽，能有效地抑制干扰并提高电子系统或设备的电磁兼容性。因此屏蔽是电子设备结构设计时必须考虑的重要内容之一，是利用屏蔽体阻止或减少电磁能量传输的一种措施，是抑制电磁干扰最有效的手段。本文简述了研究电磁屏蔽材料的重要意义与屏蔽机制，讨论了电磁屏蔽金属材料的发展趋势。

关键词：电磁屏蔽；屏蔽材料；屏蔽机制；屏蔽效能

引言：随着电子工业的发展和电子设备的高度应用，电磁辐射被认为是继水污染、噪音污染、空气污染的第四大公害，它造成的电磁干扰不仅影响人们的正常生活，而且日益威胁国家的军事机密。尤其是在软杀伤武器——电磁波突现的现代化战场上，当电磁波穿透军事设备的敏感器件时，可能致使对方雷达迷茫、无线电通讯指挥系统失效、导弹火炮等武器失控。这种破坏力极大的电磁武器可能成为未来战场上重要的作战手段，因此，研究高性能的电磁屏蔽材料以提高各种武器平台的防护能力是各国军事领域的一项重大任务。此外，电磁辐射也给人们的身体健康带来了严峻的挑战。各种通讯设备、网络以及家用电器所发射的电磁波可能诱发各种疾病，如睡眠不足、头晕、呕吐，严重的甚至可能诱发癌症、心血管病等。因此，电磁屏蔽材料的研究开发是近年来治理电磁环境的重要方法。

常用的电磁屏蔽材料有金属材料和高分子复合材料等。金属类材料能够作为主要的电磁屏蔽材料是由于其具有良好的导电性(铜、铝、镍等)和较高的磁导率(坡莫合金、铁硅合金等), 当电磁能流通过金属材料时，其主要的屏蔽机制(反射衰减R 和吸收衰减A)能够有

效地反射、吸收电磁波，衰减电磁能量，从而达到较好的屏蔽效果。大多数高分子材料的导电性能较金属差，这在很大程度上降低了高分子材料的电磁屏蔽效能。因此，为了提高高分

子材料的屏蔽性能，常添加导电金属纤维或在材料表面形成镀金属薄膜等。本文简述了金属

板材、金属复合材料、金属导电涂料和金属非晶材料等金属类材料的电磁屏蔽性能的研究现状并分析其优缺点。

电磁屏蔽的原理：

电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用。而这些作用是与屏蔽结构表面上和屏蔽体内感生的电荷、电流与极化现象密切相关的。由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。在设计中要达到所需的屏蔽性能，则需首先确定辐射源，明确频率范围，再根据各个频段的典型泄漏结构，确定控制要素，进而选择恰当的屏蔽材料，设计屏蔽壳体。

分类：按原理可将屏蔽分为三类: 电场屏蔽(静电场和交变电场)、磁场屏蔽(高、低频磁场)和电磁场屏蔽(电磁波)。通常所指的电磁屏蔽是对电磁波的屏蔽。当电磁波传播到材料表面时常被三种不同机制衰减，即入射表面的反射损耗(R)、屏蔽体内部的吸收损耗(A)和在屏蔽体内部界面间的多重反射损耗(B)。

屏蔽效能是无屏蔽体时空间某点的电场强度E0（或磁场强度H0）与有屏蔽体时该电场强度E1（或磁场强度H1）的比值。

屏蔽材料：

目前常用的电磁屏蔽材料主要以金属材料为主,如铝、铜、锌、铁、钢、镍以及他们的合金等。所选金属材料的不同,其导磁性等参数也不尽相同对低频磁场屏蔽时,经常采用高磁导率比如含80%的镍合金Mumetal,这是一种高磁导率铁镍合金的屏蔽材料,这些合金材料适用于需要在极小空间内降低电磁干扰源时的应用场合。屏蔽材料要根据各自的应用场合进行选择,特别是磁导率和磁饱和曲线。

金属板材屏蔽材料通常分为两类: 一类是良导体类屏蔽材料，这种材料由于

具有较高的电导率常用于静电场以及高低频电磁场的屏蔽，如铜、铝、镍等；一类是铁磁类屏蔽材料，这种材料由于具有较高的磁导率常用于低频(?<100KHz)磁场的屏蔽，如铁、硅钢和坡莫合金等，但是它的电导率低，不适合高频电磁场的屏蔽。而且，这种材料(尤其是坡莫合金)的磁性能受热处理的影响极大，使用时必须了解采用适当的热处理工艺。此外，为了提高材料的电磁屏蔽性能，一方面可在原有材料的基础上，添加一些合金元素(如锰、钼等)调节并优化材料成分，如万钢对锌铝合金的电磁屏蔽性能测试发现，成分为ZA的锌铝合金屏蔽效能最大值为57dB(?=50MHz)；另一方面，可采用某些工艺改变材料内部组织和结构，织构、晶粒尺寸等组织变化对镁合金电磁屏蔽性能的影响较大，并且随着织构强度的增大，屏蔽效能的值提高越明显。

发展展望：

大多数金属材料对电磁波的屏蔽是多种衰减机制共同作用的结果，因此，试图研究某一种或两种衰减机制的作用规律相当困难。适当调控实验参数，控制实验工艺，深入研究电磁屏蔽金属材料屏蔽性能的影响因素与屏蔽机理，可为其它电磁屏蔽材料的研究提供理论依据。

屏蔽体能有效的抑制和消除各种可能存在的电磁干扰,提高了系统工作的可靠性,并能使系统电磁辐射剂量满足国家标准,保障了周围电子设备的正常运行。在现代屏蔽技术中,针对不同的干扰源,在考虑安装尺寸及空间位置后选择最优屏蔽材料进行屏蔽。

大力开发质量轻、频带宽、力学性能良好、屏蔽效能高且稳定的能适应苛刻环境 (耐腐蚀、耐高温等) 的智能型电磁屏蔽金属材料以拓宽其应用领域，特别是航空航天、国防军工等领域。密度大是限制金属板材应用的重要因素，力学性能差和屏蔽效能低是复合材料应用的主要障碍。因此，努力探索综合性能良好的电磁屏蔽金属材料，将具有重要的现实意义。

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