如今,各种电子设备越来越多地应用于人们的生活和工作中,但是电子设备在运行过程中会产生电磁辐射,可能会给人们的健康带来不良影响,各设备间的电磁干扰也会造成信号被拦截、数据丢失等,严重影响电子设备的性能及其正常运行。特别是随着物联网、自动驾驶、可穿戴设备的发展,电子设备越来越复杂、体积越来越小、精度要求越来越高,要保证这些高度集成、高功率的电子设备正常运行,电磁干扰屏蔽至关重要。
对于电磁产生的各类干扰问题,电磁屏蔽正是一种有效解决手段,因此各类电磁屏蔽材料的研究开发与应用越来越被关注。
电磁屏蔽材料是能够通过吸收、反射等方式来衰减电磁波能量传播,以有效抑制电磁干扰和污染的功能材料。它的屏蔽性能由屏蔽效能来决定,单位为dB,经历了由金属型、金属表面涂层型、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。
电磁屏蔽材料的核心就是导电性。早期人们通过金属外壳实现电磁屏蔽:通过材料接地和密闭空腔的形式,将电磁波反射,也有以电或者涡流形式损耗的。但金属密度大、加工难、易腐蚀,想要达到较高的屏蔽效能(屏蔽效能达到60dB以上)所需的成本往往较高。经过不断探索发展,出现了大量导电塑料、导电橡胶硅胶、导电泡棉、填充型复合材料、电磁屏蔽膜等材料。用这些材料制成的屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来,防止干扰电磁场向外扩散或被外界干扰。
生产中,常见的电磁屏蔽材料如下:
1、导电胶
导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电粒子均匀分布于硅橡胶中,通过加压使导电粒子接触而获得良好的导电性能。它的主要功能是密封和电磁屏蔽。制品可模压或挤出成型,有片状或其它冲切形状可选择。屏蔽率可达到120 dB (10 GHz)。
2、导电布
电导布是在涤纶等材料上,先化学沉积或物理转移金属镍到涤纶上,在镍上再镀一层高导电性铜层,在铜层上再电镀抗氧化及防腐蚀的镍金属,铜和镍的结合提供了极好的导电性和电磁屏蔽,屏蔽范围为100K-3GHz。
3、导电泡棉
泡棉是用阻燃海绵包覆导电布,经一系列处理后,使其具有良好的表面导电性,可方便地用胶带将其固定在要求屏蔽装置上。可选择各种截面形状、安装方式、 UL等级和屏蔽效能的屏蔽材料。
4、导电布胶带
将导电布一面上导电胶,是一种具有高导电性能的背胶导电布。导电布胶带是导电布的再加工产品,具有极好的延展性,适用于各种表面,并可承受高达200℃的高温。
5、导电涂料
抗电磁干扰屏蔽涂料,通常被称为导电涂料。该以含铜、银等复合粒子为导电粒子,具有良好导电性能。通过喷涂和刷涂,可以起到屏蔽电磁波干扰的作用,其特点是在完全绝缘的非金属或不导电的表面,能像金属那样,具有吸收、传导和衰减电磁波的特性。
6、微波吸收物质
吸波材料是一种吸收微波和电磁能量,且反射和散射都很小的材料。也称为雷达吸波或雷达隐身材料。吸波的基本原理是通过一定的物理作用机制,把微波能转换成其它形式的运动能量,然后通过这个运动能量的消散,把它转换成热能。微波场中各种形式的有耗运动都可以成为吸收机理。普通机理包括电感应,磁感应,电磁感应和电磁散射等。
除此之外,电磁屏蔽材料中,碳系材料不得不提。碳系材料有优良的导电性,其主要形式包含:(1)通过晶格掺杂引入其他原子来代替石墨中的碳原子;(2)把碳材料与磁性材料或导电高聚物等进行复合,提高电磁屏蔽性能;(3)通过熔融混纺、浸润或涂覆等方式,负载到织物上,以制备电磁屏蔽织物,如碳纤维织物具有优良的导电性,接近金属,但目前国内在碳纤维方面的研究还是主要集中在其复合材料的力学性能上,在电磁屏蔽领域的研究相对不多。