电磁屏蔽和吸波材料的研究进展

电磁屏蔽和吸波材料

1、引言

随着现代电子工业的快速发展,各种无线通信系统和高频电子器件数量的急剧增加,导致了电磁干扰现象的增多和电磁污染问题的日渐突出。电磁波辐射已成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。电磁波辐射产生的电磁干扰（EMI）不仅会影响各种电子设备的正常运行，而且对身体健康也有危害。目前,主要的抗电磁千扰技术包括:屏蔽技术、接地技术和滤波技术。其中,屏蔽技术的主要方法是采用各种屏蔽材料对电磁辐射进行有效阻隔与损耗。吸波功能材料的研究是军事隐身技术领域中的前沿课题之一，其目的是最大限度地减少或消除雷达、红外等对目标的探测。世界上多个国家相继展开了对战机、巡航导弹、舰艇等军事用吸波材料的研究。由于电磁屏蔽材料和吸波材料在社会生活和国防建设中的重要作用，因而其研究开发成为人们日益关注的重要课题。

2、电磁屏蔽和吸波材料的基本原理

材料对电磁波屏蔽和吸收的程度用屏蔽效能（SE）来表示，单位为分贝(dB)，一般来说，SE 越大，则衰减的程度越高。

2.1屏蔽体对电磁波的衰减机理

屏蔽体对电磁波的衰减机理有3种: (l)空气·屏蔽体界面的阻抗不连续性,对入射电磁波产生反射衰减; (2)未被表面反射而进入屏蔽体内的电磁波被屏蔽材料吸收的衰减; (3)进入屏蔽体内未被吸收衰减的电

磁波到达屏蔽体一空气界面时因阻抗不连续性被反射,并在屏蔽体内部发生多次反射衰减。屏蔽效能可用下式表示：

SE T = SE R+ SE A+ SE M(1)

式中：SE R表示反射损失，SE A表示吸收损失，SE M表示多次反射损失。

2.2吸波材料的基本物理原理

吸波材料的基本物理原理是，材料对入射电磁波实现有效吸收，将电磁波能量转换为热能或其它形式的能量而损耗掉。该材料应具备两个特性即波阻抗匹配特性和衰减特性。波阻抗匹配特性即创造特殊的边界条件是入射电磁波在材料介质表面的反射系数r 最小，从而尽可能的从表面进入介质内部。衰减特性是指进入材料内部的电磁波因损耗而被迅速吸收。损耗大小，可用电损耗因子和磁损耗因子来表征。要提高介质吸波效能，其基本途径是提高介质电导率，增加极化“摩擦”和磁化“摩擦”，同时还要满足阻抗匹配条件，使电磁波不反射而进入介质内部被吸收。

3、常见电磁屏蔽材料的分类及特点

3.1电磁屏蔽涂料

电磁屏蔽涂料是由导电填料、树脂黏结剂、溶剂和添加剂组成，根据填料的不同，可分为碳系、银系、铜系和镍系电磁屏蔽涂料等。近年来，在导电涂料领域的一个热门课题是对复合导电涂料的研究。其中镍在这方面具有较高的应用价值。其一是高导电镀层可以镀覆于镍填料自身的表面；其二是镍可以镀覆于其它材料表面。研究表明，镀镍

石墨是较有发展前途的，它可以得到比纯石墨高得多的导电性，而且成本要比纯镍填料低，这种产品对屏蔽涂料技术带来了巨大冲击。3.2电磁屏蔽塑料

电磁屏蔽塑料可分为表层导电型屏蔽塑料和填充型屏蔽塑料。表层导电型屏蔽塑料是利用贴金属箔、金属熔融喷射和非电解电镀等方法在塑料表面获得很薄的金属层，从而达到屏蔽的目的。它具有导电性好，屏蔽效果佳等特点，但是其金属薄复合层或镀层在使用和加工过程中容易剥离，性能较差，因此使用较少。

填充型复合屏蔽用填料一般有金属粉、金属纤维、炭黑、碳纤维、导电玻璃纤维及一些高分子纤维（PAN纤维，聚苯胺纤维等）等。

4、常见吸波材料的分类及特点

吸波材料按材料的吸波损耗机理可分为电阻型、电介质型和磁介质型。吸波材料的性能主要取决于吸波剂的损耗吸收能力，因此吸波剂的研究一直是吸波材料研究的重点。目前主要有以下几种吸波材料。

4.1 铁氧体吸波材料

铁氧体吸波材料具有吸收强、频带宽及成本低等特点，但是它的密度大，耐高温性能差。

4.2 纳米吸波材料

纳米吸波材料是指材料的组分特征尺寸在0.1~100 nm 之间的材料。它具有段吸收频带宽、兼容性好、质量轻、厚度薄等特点。

4.3 多晶铁纤维吸波材料

多晶铁纤维吸波材料包括铁、镍、钴及其合金纤维。它的吸波机理是

涡流损耗和磁滞损耗。多晶铁纤维具有独特的形状各向异性，可在很宽的频带内实现高吸收，而且它是一种轻质的吸波材料。

4.4 导电高聚物

导电高聚物是由共主链的绝缘高分子，通过化学或电化学的方法与掺杂剂进行电荷转移复合而成。它具有密度小，结构多样，及独特的物理、化学性能。

4.5 等离子体隐身技术

5、结束语

基于对各种屏蔽材料的研究现状和应用前景的分析,电磁屏蔽材料的发展趋势为:(l)纳米材料因其独特的结构表现出许多特殊的性能,如奇特的磁性和对电磁波极强的吸收性.材料纳米化和纳米材料复合技术将成为未来电磁屏蔽材料发展的一个重要方向。(2 )近年来,由于各种制膜工艺技术的进步,屏蔽材料逐渐从三维向低维方向发展。薄膜屏蔽材料尤其是纳米薄膜屏蔽材料因其质量轻、厚度薄、吸收性好等优点而成为电磁屏蔽材料中发展最快的领域之一。(3 )导电高聚物材料具有电导率高、质量轻、耐鹿蚀、成本低等优点,尤其是近年来采用各种方法改性后的导电高浓物材料,在溶解性和可加工性发面得到较大改扮,因而在电磁屏蔽领域拥有广阔的应用前景。(4 )多层屏蔽结构材料的结构和材料的优化设计潜力大,综合屏蔽性能相对单层屏蔽结构材料有较大提高。因而,屏蔽材料由单层结构向多层复合结构的发展是新型电磁屏蔽材料的一个发展趋势。()5 在实际应用中,入射到

电磁屏蔽材料表面的电磁波大部分被反射,成为新的潜在干扰源,近年来出现的高吸收低反射电磁屏蔽材料则可克服这一弊端。因而研制具有高吸收性能的损耗型电磁屏蔽材料将成为未来屏蔽材料发展的一个重要方向。