电磁屏蔽材料的研究进展

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电磁屏蔽材料的研究进展／古映莹等

５３?

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４１００８３）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

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０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７％～１４％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１９９６年１月１日开始强制执行电磁兼容性标准，我国也于２００３年５月１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（ＣＥＭＣ认证）在内的ＣＣＣ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Ｂ，所有因子都用ｄＢ表示［】］。

ＳＥ—Ａ＋Ｒ＋Ｂ

吸收损耗因子（Ａ）的计算公式：

Ａ—１．１３￡

平面后反射损耗（Ｒ）的计算公式：

Ｒ一１６８一ｌＯ×幻ｇ（肛?，／ｄ，）ｄＢ

式中：ｔ为屏蔽厚度，ｃｍ；辨为屏蔽材料的相对导电率；雎为屏蔽材料的相对导磁率；ｆ为频率，Ｈｚ。如果吸收因子在６ｄＢ以上，多次反射因子（Ｂ）可以忽略，仅当屏蔽层很薄或频率低于２０ｋＨ２时，Ｂ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。

２

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

３０～６０ｄＢ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ＥＭＩ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。

１

电磁辐射的屏蔽原理

对于任何电磁干扰，屏蔽作用都由３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ＳＥ等于吸收因子Ａ加上反射因子Ｒ，加上

万方数据

５４?

材料导报

２００５年２月第１９卷第２期

２．１

表层导电型屏蔽材料（１）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［２“］。银系的导电性最高，体积电阻可达１０１～１０。Ｑ?ｃｍ，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１０＿２～１０－３ｎ?ｃｍ，一般用作防静电涂层，很少用作电磁屏蔽涂层。镍系是２０世纪７０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１９８６年，其在美国的消耗量就达１５００～２０００ｔ。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４０％～５０％，在电子工作间的屏蔽效能达到３０～５０ｄＢ。铜系电涂料导电型强于镍系，体积电阻可达１０＿４Ｑ?ｃｍ，价格低廉，但是新制备的铜粉表面会迅速形成Ｃｕ：０和Ｃｕ０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［７］。毛倩瑾等耶１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Ｃｕ／Ａｇ复合电磁屏蔽涂层，表面电阻率由铜系涂层的Ｏ．０５Ｑ?ｃｍ下降到Ｏ．００２５０?ｃｍ。优良的电导率使得涂层具有很好的电磁屏蔽性能，Ｃｕ／Ａｇ复合涂层的电磁屏蔽效能在１００ｋＨｚ～１．５ＧＨｚ频段范围内达到一８０ｄＢ左右。Ｕｘｂｒｉｄｇｅ—

ｂａｓｅｄＴｒｉｍｉｔｅＬｔｄ．［９］推出两种新型的电磁波屏蔽涂料儿９０及（１）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［１１］以不锈钢纤维作为填料，分别与ＡＢＳ和ＰＰ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