电磁屏蔽材料
作者：admin 浏览量：
时间：2022-01-23
电磁屏蔽是指通过屏蔽材料的阻挡或吸收衰减来阻止指定区域处的电磁波传递。电磁屏蔽材料的屏蔽性能由屏蔽效能来决定，单位为 dB；经历了由金属型、金属表面敷层型、向本征型导电聚合物和填充型复合电磁屏蔽材料等方向发展的过程。
金属电磁屏蔽材料，分为铁磁材料和金属良导体等。铁磁材料通过高的磁导率引导磁力线会聚，并降低磁通密度达到屏蔽目的；金属良导体内部自由电子移动产生反方向的涡流磁场，并削弱高频磁场的干扰，达到屏蔽效果。主要为铁、银、镍、铜、铝等，在电磁场和静电场中屏蔽性良好；但由于金属密度大、易腐蚀、不易加工等缺点，使得应用受到制约。河北科技大学的王硕等制备了镀铜涤纶织物，并在优化浓度 20 g/L 时，其红外发射率为 0.32，增强了导电性，具有一定的电磁屏蔽性能。秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司的周琳琳使用蜂窝波导板和金属丝等制造窗用电磁屏蔽波导玻璃，通过结构设计和金属屏蔽作用，在 2～1.5 GHz 电磁波段范围，电磁屏蔽性能达 41 dB 屏蔽性能中等。桐昆集团浙江恒盛化纤有限公司的宋玉玲等以不锈钢纤维/涤纶混纺的方式制备了电磁屏蔽材料，利用混纺的方式提高了致密性和反射损耗，电磁屏蔽性能达 49.96 dB，屏蔽性能中等。Xiao W M 等在羰基铁粉上镀银 40 min，并制备了羰基铁/Ag/导电硅橡胶电磁屏蔽材料，由于银、镍的双重反射、吸收作用，在 100～1 500 MHz 内屏蔽效能超过 100 dB，屏蔽性能优异。屏蔽效果好坏的对比如表 1 所示。
表面导电型电磁屏蔽材料是指采用喷涂、化学镀等工艺，在树脂基体表面涂覆一层较薄的导电金属层或导电涂料，提高导电率和磁导率，增强屏蔽效应；主要是以反射损耗为主，且屏蔽效果的大小取决于表面材料本身的屏蔽效果。具有成本低、屏蔽性好、制备简单且应用范围广。但金属表面导电型电磁屏蔽材料金属层存在容易脱落、二次加工性能较差、使用寿命短的缺点。
江南大学的徐文正等在 PET 非织布表面采用直流磁控溅射技术沉积 Ag 膜，兼具 Ag 优异的导电性，极大提高了反射损耗，0.03～1.5 GHz 频率范围内，屏蔽效能达 39.37 dB，屏蔽性能中等。北京工商大学的温变英等通过流延法制备了具有梯度分布结构的聚醚酰亚胺 PEI/Ni 电磁屏蔽膜，梯度结构提高了吸收损耗和多次反射衰减，电磁屏蔽性能达 40 dB 左右，屏蔽性能中等。北京国电富通科技发展有限责任公司的郑永立等将硅烷偶联剂改性石墨烯涂料喷涂橡胶，兼具石墨烯优异的导电和导磁性能，制得电磁屏蔽材料，屏蔽效能达 82 dB，屏蔽性能良好。
填充型复合电磁屏蔽材料是以高分子树脂为基体，向其中加入一定量的导电填料，通过熔融共混、溶液共混、原位聚合和共沉淀法等制备而成，因而具有易于成型、抗腐蚀性良好、机械性能良好，适合大批量生产等优点。弥补了金属屏蔽体与表面敷层型复合屏蔽材料的不足，具有较好的应用前景，但同时仍存在一些不足。如对电磁波的屏蔽机理偏向于反射损耗，而不是吸收损耗，较难满足其在各个领域中的应用。基体树脂材料提供易加工成型性能和电磁波透过性，屏蔽效能主要取决于填料的电磁参数及频散特性。目前导电填料主要有碳系、金属系、复合系、高分子系填料。碳系主要为炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纤维；金属型主要为银、铜、镍、铝等；复合系主要镀银玻璃微珠、镀镍石墨烯、镀镍碳纤维等；高分子系主要为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等，如表 2 所示。填充型聚合物导电性根据复合材料中导电填料的分布状况，有形成导电通路、电子隧道效益和场发射理论支持。
碳纳米管和石墨烯等具有优良的导电性能，作为填料极大提高了电磁屏蔽材料的导电性、导热性和屏蔽效能。但容易出现团聚、分散不均的现象，降低屏蔽性能。可通过对导电填料进行表面改性处理提高分数性能，或加入金属导电填料或无机盐填料提高电磁屏蔽材料的综合性能，增大频率范围。
西安科技大学的何麟等原位插层聚合法制备了聚吡咯 PPy/膨胀石墨复合电磁屏蔽材料，其在 2～18 GHz 频率范围，屏蔽效能为 25.7 dB，有一定屏蔽效果。阿拉善职业技术学院的伞桂艳等以丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物（AAS）为基体，采用溶液分散法制备了 AAS/功能化石墨烯（GPNs）复合材料，在2～18 GHz 频率范围，电磁屏蔽效能大于 20 dB。大连工业大学的王艳等采用 3D 打印和浸渍的方法，制备了多孔、高内表面积的 CNTs/聚乳酸 PLA 复合电磁屏蔽材料，提高了吸收损耗和多次反射衰减，屏蔽效能达 40 dB，屏蔽性能中等。大连工业大学的赵新宇等制备连续通孔的 CNTs/环氧树脂复合电磁屏蔽材料，提高吸收损耗，也降低了材料密度，电磁屏蔽效能达 39.2 dB，屏蔽性能中等。中国民航飞行学院的秦文峰等通过真空抽滤和物理粘结法，制备了多壁碳纳米管 MWCNTs 导电纸/碳纤维复合电磁屏蔽材料，具有质量轻的优势，提高了反射损耗，在 8～12 GHz 范围内，电磁屏蔽效能达 35.2 dB，屏蔽性能中等。Li Y 等通过喷雾干燥法制备石墨烯 GN/丁苯橡胶 SBR 的纳米复合材料，电磁屏蔽效能达 45 dB，屏蔽性能中等。成都理工大学的刘扬等以镀 Ni-Cu-La-B 玻璃纤维、片状镍粉以及丙烯酸树脂制备了电磁屏蔽复合涂料，极大地提高了反射损耗。当添加 6%玻璃纤维时，能显著改善电磁性能；在 0.3～1 000 MHz 范围，电磁屏蔽性能达 64.28 dB，屏蔽性能良好。同时，电磁屏蔽效能与填料的粒径密切相关。Jalali M 等分析了不同粒径的铁，钴，镍和氧化铁纳米颗粒作为填料对复合材料电磁屏蔽的影响。其中，在 8.2～12.4 GHz 范围内，50 nm 的铁纳米颗粒能够将碳纤维/聚合物复合材料的屏蔽效率从 30 dB 提高至 45 dB。
本征型导电聚合物电磁屏蔽材料是由具有共轭键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，在高分子分子链中产生载流子并在分子链间形成导电通道，从而转变成了具有一定电导率的导体；通过反射损耗和吸收损耗实现电磁屏蔽的目的。具有密度小、耐腐蚀、强度高等优点。目前，本征型导电聚合物有聚苯 PAN、聚吡咯 PPY、聚噻吩 PTH 等。Tejendra K Gupta 等制备了聚酰亚胺 PANI/片状石墨/MWCNTs 纳米复合电磁屏蔽材料，当添加 10% MWCNTs 时，极大提高了复合材料的导电性，电磁屏蔽效能达 98 dB，屏蔽性能优异。Lu Hao 等制备了聚酰亚胺 PANI/非织造碳纤维复合电磁屏蔽材料，电磁屏蔽效能达 65 dB，屏蔽性能良好。Wang Yu 等制备了 Ni-Co-Fe-P/聚酰亚胺 PANI/聚苯胺纤维复合电磁屏蔽材料，导电导磁性良好，提高了反射损耗和吸收损耗，当 Ni/Co/Fe 为 2∶1∶1 时，电磁屏蔽效能达 69.4 dB，屏蔽性能良好。Sambhu B 等研究了通过乳液聚合制得 PANI 复合乙烯-1-辛烯共聚物，在 9～12 GHz 频率范围，屏蔽效能达 75 dB，屏蔽性能良好。
