电磁屏蔽材料的研究进展

天津纺织科技　总第２１１期　电磁屏蔽材料的研究进展　王莹贺文婷岳鑫敏王春红　（天津工业大学纺织学部天津３００３８７）　摘要：本文介绍了电磁辐射的来源及对人体的危害，阐述了电磁屏蔽的机理，对国内外电磁屏蔽材料的研究　现状进行了综述，并详细介绍了电磁屏蔽材料的种类及不同种类屏蔽材料目前的研究水平。　关键词：电磁辐射　屏蔽材料　电导率　屏蔽效能　　．随着电子技术的迅速发展，计算机、无线电通讯得　以广泛应用和密集配置，使空间充斥了不同波长和频率　的电磁波，这些电磁波干扰了电子产品的正常使用，成　为继大气污染、水污染、噪声污染后的一种新的污染　源——电磁污染。经医学研究证明。电子产品或电器等　产生的电磁辐射可对生物体产生三种作用：热效应、非　热效应、累积效益。这些效应对人体各器官、组织、系　统都产生不同程度的危害，因此在对人体健康愈加重视　的今天，对相关的设备进行电磁屏蔽已经越来越被重　图１电磁屏蔽能量消耗图　视。另一方面。在电子对抗技术中。电磁波泄漏也会危　材料内部多次反射过程中的损耗三者组成。一般情况　及国家信息安全和军事核心机密的安全。特别是作为新　下，材料的导电性越好，屏蔽效果越好，屏蔽效能表示　概念武器的电磁脉冲武器已经取得实质性的突破，能对　式如下：　电子仪器设备、电力系统等进行直接打击，造成信息系　ＳＥ＝Ｒ＋Ａ＋Ｂ　统等的暂时失效或永久损坏。因此电磁屏蔽材料成为了　式中，ＳＥ一电磁屏蔽效能，ｄＢ；Ｒ一电磁波的反射　保障电子设备抵抗电磁干扰，使其正常运行所必不可少　损耗，ｄＢ；Ａ一电磁波的吸收损耗，ｄＢ；Ｂ一电磁波在屏　的新型材料　１－４Ｊ￣　蔽材料内的传输损耗，ｄＢ。　１电磁屏蔽材料的屏蔽机理　２国内外研究水平　电磁屏蔽是指将电磁场能转化为导体内能的方式，　２．１国外研究水平　电磁屏蔽的目的在于减弱由某些电磁辐射源所产生的某　目前。国外发达国家电磁屏蔽材料发展很快，特别　个区域内的电磁场效应，对电磁波从某一区域向另一区　是美国、英国、日本等已经形成生产各种类别和系列规　域辐射所产生的危害进行有效控制。其作用原理：采用　格的屏蔽材料产业。至上世纪８０年代末，美国生产屏蔽　具有一定电导率的导体材料，当电磁能流存在于导体内　材料的公司就已超过２５家，年销售额以每年５０％的增长　部时，导体材料会对其产生反射和引导作用，导体材料　率增长。　内部会产生与源电磁场相反的电流和磁极化，　而减弱　例如：日木大阪瓦斯公司和日木玻璃环境调和公司　了源电磁场的辐射效果。一般情况下，材料的导电性越　出售的由高纯镍纤维加工成的Ｍａｇｓｈｅｅｔ片材，可以屏　好，屏蔽效果越好。具体作用原理如图１所示。　蔽２０ＭＨｚ一１Ｏ００ＭＨｚ的电磁波。日本应用表面敷酮的导　Ｓｃｈｅｌｋｕｎｏｆｆ电磁屏蔽理论指出。导电材料的电磁屏　电纤维混纺或制成非织造布，现已大量用于电磁波屏蔽　蔽效果由电磁波的反射损耗、吸收损耗及电磁波在屏蔽　和吸收材料，如作轮船的电磁波吸收罩等　。　基金项目：天津市大学生创新创业训练计划项目（２０１４１００５８０４７）　・　ｌ３　・　总第２１１期　电磁屏蔽材料的研究进展　国外填充型聚合物材料已形成工业化生产规模，但　这类材料的价格较昂贵。研究表明，在ＰＢＴ（聚对苯二甲　酸丁二酯）中添加黄铜纤维的电磁屏蔽效能较添加铝纤维　的高１０１８　ｄＢ；将１５－／＇０（体积分数）、直径０．１６２　ｍｍ短铜　导电涂料能喷涂于ＡＢＳ等工程塑料、‘玻璃钢、木　材、水泥面等非金属材料上，具有室温固化，附着力强　的优点，是使手机、显示器、打印机等非金属外壳进行　电磁屏蔽最为简便的一种处理方式。该方法成本低，简　纤维加入环氧树脂中，频率为ＩＯ００ＭＨｚ时屏蔽效能为４５　单实用且适用面广。　ｄＢ。而加入１　５％（体积分数）、直径０．３２５ｍｍ短铜纤维　后，屏蔽效能下降到小于２０ｄＢ；用铁纤维填充尼龙、　ＰＰ、ＰＣ等高分子制成的复合材料，当填充量为２０％一　中添加（质量分数））６％的直径为７　ｍ、长度为６ｍｍ的不　超过３０ｄＢ。　汪卫东　以水性丙烯酸树脂为基料，制备了以不同　粒径混合石墨粉为导电填料的水性涂料，按最佳配比制　备的涂料体积电阻约为０．０５Ｑ・ｃａ，在频段１ＭＨｚ一　等以表明改性处理后的超细镍粉为导电材料，水性聚　率为５　０—１　５　０　０　Ｍ　Ｈ　Ｚ范围内电磁屏蔽效能达到　２５．０—４７．５ｄＢ。魏宁　叫以涤纶织物为基材，制备了一种　２７％（体积分数）时，屏蔽效能高达６０８０ｄＢ；在聚碳酸酯　１．５ＧＨｚ范围内对电磁波的衰减达￣Ｊ３０ｄＢ左右。寿奉粮　锈钢纤维，在频率为２００—１６００　ＭＨｚ范围内，屏蔽效能　氯酯乳液为粘结剂制备水性导电涂料，得到的涂料在频　２．２国内研究水平　铜／锡柔性电磁屏蔽面料。通过粗化、敏化、活化、强化　欧美等国对电磁屏蔽理论研究与商业应用开发较　和化学镀等处理，在涤纶表面上形成一层约３７ｍ铜镀　早，我国与之差距较大。国内在电磁屏蔽材料领域相对　层，然后采用电镀方法在基材表面形成２７ｍ锡镀层。测　滞后，开发应用的品种较少。屏蔽性能低，未能形成产　试表明，铜／锡柔性电磁屏蔽织物具有良好的导电性和电　品的系列化和产业化。研究较多限于频率１０００ＭＨｚ以上　磁屏蔽效能。Ｈａ　Ｒｆｍ　的屏蔽材料，而０．０１ＭＨｚ一１Ｏ００ＭＨｚ范围内屏蔽材料的　Ｋｉｍ　利用静电纺丝法制备了　ＰＶＡ／Ｆｅ２０３￣米复合纤维，并在材料表面镀银；Ａｇ的厚　外，￣ｚｎＴＢＡ公司开发的ＥＣＰ５０２Ｘ和ＥＣＰ５０３，Ａ．Ｃｈｅｓｏｎ　研究起步较晚，仅有少数研究单位进行研究，至今国内　度为２００ｎｍ时，１　０ＧＨｚ下材料的屏蔽效能达２３．２ｄＢ。此　使用的高档屏蔽材料主要依靠国外进１：３　。　细不锈钢纤维（纤维直径为１　２７ｍ）与专用聚合物混合制　例如：国内湖南惠同新材料股份有限公司以高强超　Ｃｏｌｌｏｉｄｓ公司的Ｅｔｅｃｔｒｏｄｙ　４４０Ｓ以及ＢＥＥ化学公司ＩＳＯ　１ｅｘ　Ｒ６５等产品均是镍系涂料产品，涂层厚度为５０—７０ｐｍＢ，ｌ－，　成导电母粒，适用于ＰＡ、ＰＣ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳ　体积电阻率为１ｍＱ・ｃｍ，５００—１０００ＭＨｚ下屏蔽效果可达　等热塑性树脂，可提供优良的导电及屏蔽效果。适用于　３０—６０ｄＢ［１２】０　众多领域，如电子、电器领域中作集成电路、晶片、传　除表面喷涂电磁屏蔽涂料外，还有利用贴金属箔、　感器护套等精密电子元件生产过程中使用的防静电周转　金属熔融喷射、磁控溅射等方法在非金属材料表面获得　箱、ＩＣ及ＬＣＤ托盘、ＩＣ封装、晶片载体、薄膜袋等；防　很薄的金属层，从而达到屏蔽的目的。　爆产品的外壳及结构件；中、高压电缆中使用的半导电　屏蔽料；电讯、电脑，自动化系统、工业用电子产品、　消费用电子产品、汽车用电子产品等领域中的电器产品　ＥＭｌ屏蔽外壳。此外，北京市化工研究院、中山大学、　究，但均没有达到工业化生产Ｖ　Ｊ。　３．２填充复合型电磁屏蔽材料　填充型复合电磁屏蔽材料是由导电填料和合成树　脂、橡胶等结合在一起而制成的材料。其填料一般由金　中科院、华南理工大学等少数几个单位也对此开展了研　属粉末、金属纤维、金属氧化物、炭黑、碳纤维和一些　高分子纤维（ＰＡＮ、聚苯胺纤维等）等。　Ｊ．Ａｒｒａｎｚ—Ａｎｄ　ｒｅｓ　刮选用具有机械性能好、高温下　中国林科院木材工业研究所选择镍粉、石墨粉、不锈　钢纤维和黄铜纤维作为导电单元，制成功能胶合板，结果　可连续使用、耐强电压的聚偏二氟乙烯和相对密度较　发现黄铜纤维填料的胶合板屏蔽效能值达到３５ｄＢ【５】。　低、抗腐蚀性强的ＡＩ为原料，将ＰＶＤＦ和Ａｌ采用双螺杆挤　３电磁屏蔽材料的分类　目前，电磁屏蔽材料可分为表层导电型屏蔽材料、　物和透明导电薄膜等。　出机共混，制备出了具有电磁屏蔽效果的材料，ＡＩ含量　为１　５％时，材料在２　Ｅ　Ｈ　Ｚ下的屏蔽效能为１　９ｄ　Ｂ。　Ｒ．Ｋ．Ｇｏｙａｔ　研究了柔性石墨／聚醚醚铜树脂复合材料用　３．２４Ｓ／ｃｍ，当石墨为１０％时，电导率为１２．３Ｓ／ｃｍ。陈晓　燕　通过对炭黑／ＡＢＳ电磁屏蔽复合材料屏蔽效能测试发　填充复合型电磁屏蔽材料、本征型导电高分子、导电织　于电磁屏蔽，当柔性石墨的含量为５％时，电导率为　３．１表层导电型屏蔽材料　・　ｌ４・　天津纺织科技　总第２１１期　现，炭黑含量为３０％时，屏蔽效能达到６—７ｄＢ，加入碳　棉织物为基底材料，利用原位吸附聚合法和吸附胶团聚　纤维后，屏蔽效能得到较大提高。含量为２％时达到最大　合法制备聚吡咯／纤维素导电复合织物。　值。采用浓氧化碳纤维后。屏蔽效能提高了１ｄＢ左　右。Ｍｏｎｉｋａ”叫利用膨胀石墨制备了石墨烯氧化物，最终　３．５透明导电薄膜　透明导电薄膜是指在玻璃、聚酯薄膜等表面通过磁　制备了石墨烯／纳米氧化铁／粉煤灰的复合电磁屏蔽材　料，Ｎａｓｓｅｒ　研制了钴／石墨／聚乙烯醇复合电磁屏蔽材　控溅射等工艺制得的一层透明导电薄膜材料，因其具有　料。Ｙａｎ【］驯研制了磷酸铁锂／石墨复合电磁屏蔽材料。　３．３本征型导电高分子　本征型导电高分子（ＩＣＰ）主要有聚乙炔、聚苯　胺、聚吡咯、聚噻吩等。这些高分子常与普通树脂共　混，其中，传统的高聚物材料提供力学性能，ＩＣＰ提供　电学性能。这类复合导电材料具有导电性在大范围内可　调、力学性能好、易加工成型及可制成透明材料的特　点，因而引起了各国科研工作者竞相研究。国外通过机　械熔融共混法已经获得了众多的导电聚合物共混材料，　美国Ａｌｌｉｄｅ　Ｓｉｇｎａｌ和Ａｍｅｒｉ　ｃｈｅｍｌｎｃ．及德国Ｚｉｐｐｅｒｌｉｎｇ　Ｋｅｌｌｅｒ公司”　合作开发了名为Ｖｅｒｓｉｃｏｎ的ＰＡＮＩ／ＰＶＣ共混　复合塑料。美［］Ａｍｅｒｉｃｈｅｍ￣　叫开发Ｉ￣ＰＡＮ／ＰＶＣ导电　复合塑料，当ＰＡＮ含量为３０ｗｔ％时提及电阻率大２—１ＯＱ　・ｃｍ。拉伸强度４１２ＭＰａ，伸长率大于２５０％，可用作电　磁屏蔽材料。匡汀　”以易加工的聚乙烯醇与难加工成型　的聚丙烯腈共混浇铸制成共混膜，电导率达１　３．０Ｓ／ｃｍ，　且材料的拉伸断裂强度、断裂伸长率明显改善。加拿大　将Ｆｅ３０　纳米颗粒加入到质量分数为１　Ｏ％的ＰＡＮ／ＤＭＦ溶　液中。采用静电纺丝法进行纺丝。并对纺制的纳米纤维　膜在高温下炭化，得到电磁屏蔽材料：Ｆｅ３０　含量为　１　Ｏ％。碳化温度为９００￣Ｃ时材料电导率达到９．８６Ｓ／ｃｍ　引。姜亚南　刮利用静电纺丝的方法制备了ＰＡＮ／　ＭＷＮＴｓ复合纳米纤维，结果表明，随着碳管含量的增　加，纤维的导电性增强，当碳纳米管含量达到２Ｏ％时，　复合纳米纤维的电导率达到６　Ｘ　１０—９Ｓ／ｃｍ。与纯ＰＡＮ薄　膜相比。导电性提高了６个数量级。纳米纤维膜在低频　段（小于１Ｏ００Ｈｚ）均表现良好的电磁屏蔽效果，在１—　１５ＭＨｚ频率范围内，当碳纳米管的含量达到１Ｏ％以上　时。屏蔽率达到９０％以上。　３。４导电织物　导电织物通常由金属纤维与纺织用纤维相互包覆或　在一般纺织品表面上覆金属物质而成，既有电磁屏蔽功　能，同时又保持纺织品原有的柔软性、耐弯曲、耐折叠　的特性。Ｙａｎｉ　ＬｉＬ２　等以Ｎｉ—Ｆｅ３０　为原料制备了复合织物　通过测试，Ｎｉ—Ｆｅ３０　克重为３２．９０ｇ／ｍ２时，在８—１８ＧＨｚ　范围内，其电磁屏蔽效能为１　５—２０ｄＢ。杨慧婷　亚麻和　良好的导电特性和透光性能也受到人们的关注和研究。　Ｈｕａｎｇ　Ｊ．Ｌ．等人　对ＩＴＯ薄膜的电磁性能研究发现，当　薄膜为１Ｏ　ｍ时，其电导率为　９５×１０５Ｓ／ｍ，反射率为　５７．４％。　４结语　电磁屏蔽材料是现代电子工业发展必不可少的防护　材料，它不仅关系着人体健康，也关系到信息安全。国　内外都加强了对这类材料的研究和开发，并取得了一定　的研究成果。我国在这方面的研究起步较晚，因此必须　加强电磁屏蔽材料的研发。增加品种，提高电磁屏蔽性　能。从．而实质性提升竞争力。同时，随着社会经济的发　展，电磁屏蔽材料作为一种防护性材料具有良好的应用　前景。在未来必将产生产生巨大的经济效益。　参考文献　［１］余凤斌，夏祥华，等．导电聚合物电磁屏蔽材料　及其应用［Ｊ］．绝缘材料，２００８，４１（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