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1、电磁屏蔽材料综述摘要：电器和电子设备在使用过程中会辐射出大量电磁波，对电子设备正常安 全运行和人类的生存环境造成了不可忽视的危害。防止电磁波的污染已经成为 当今一大热点。电磁屏蔽材料是一种能够有效抑制电磁波污染的新型功能材料， 近年来其受到较多关注。新型导电填料型电磁屏蔽材料主要由导电填料和基体 材料复合而成，不同导电填料的电磁性质以及在基体中的分布状态必然对电磁 屏蔽材料的屏蔽效能产生显著的影响。现代信息技术的发展对电磁屏蔽材料提 出了更高的要求，高效、轻质、低二次污染成为新型电磁屏蔽材料的发展趋势。 Abstract： In the use of electrical and electr
2、onic equipment will radiate a large number of electromagnetic waves, which causes dangers of cannot be ignored to normal safe operation of electronic equipment and human living environment. Preventing electromagnetic pollution has become a hot topic. EMI shielding material was one of new functional
3、materials used for effectively shielding electromagnetic pollution. Such new EMI shielding material was composed of conductive fillers and the polymer matrix, the shielding effectiveness (SE) would be significantly affected by the electromagnetic property and distribution condition in the matrix of
4、different conductive fillers.With the development of modern information technology, electromagnetic shielding material put forward higher requirements, and efficient, lightweight, low secondary pollution have become the new trend of electromagnetic shielding materials.关键词：电磁屏蔽，材料，综述Key words： electr
5、omagnetic shielding，materials，review1.1引言电子工业的发展，大量电器和电子设备广泛应用于工业生产和人们日常生 活，为工业革命注入了新的活力，促进了工业技术的发展，改善了人们的生活， 提升了人们的生活质量。然而，电器和电子设备在使用过程中会辐射出大量电 磁波，对电子设备正常安全运行和人类的生存环境造成了不可忽视的危害1。 电磁辐射对电子设备的危害主要表现为电磁波对电子设备的干扰和数字传输系 统辐射出的电磁波造成信息泄漏。电磁波对人类健康的危害表现为电磁波长期 辐射所诱发的各类疾病，已有大量的文献和报导论证了电磁波辐射对社会和经 济所造成的危害。因此，现代社会
6、已将电磁波辐射与现代社会的“三废”等同 称之为“第四种污染”或“空间污染，各国政府也针对电磁波的污染制定了有 关电器和电子设备的电磁屏蔽和电磁兼容的一系列制度和法规。随着电子设 备的应用，有效抑制电磁波辐射对电器和电子设备的干扰，保护人类不受电磁 波辐射危害受到人们愈来愈多的重视，已成为科学研究和工业产品开发的重要 任务。抑制电磁辐射最为简便和有效的方法是利用电磁屏蔽材料实现电磁屏蔽。 电磁屏蔽材料通过与空气之间的阻抗差实现对电磁波的反射和通过自身的电磁 感应实现对电磁波的涡流衰减。由于金属材料良好的导电性，传统的高效电磁 屏蔽材料为金属板材，主要是钢板。然而，由于钢板自身重量重、制作安装复
7、杂，成本高昂、移动困难等缺点大大限制了屏蔽材料的适用领域，导致目前电 磁屏蔽的现状是，除在某些十分必要场合下，不得不采用这类传统材料实现电 磁屏蔽之外，在许多其它应用领域，包括电子设备安全、信息保护和环境治理 等方面，电磁屏蔽技术并没有得到应有的应用，影响了电子设备的正常安全使 用以及人们的健康生活3。因此，研究开发高效、易于使用、性价比高的新型 电磁屏蔽材料已成为治理空间污染，改善生活环境的关键要素。面对日益增长 的社会需求，新型高效电磁屏蔽材料具有十分显著的社会和经济效益。随着信 息技术的发展，对屏蔽材料提出了更高的要求，新型的屏蔽材料应满足“薄、 轻、宽、强”等特点，即在相同的条件下屏蔽
8、材料厚度薄、质量轻、吸收频带 宽、吸波能力强。!：n1.2电磁屏蔽概念所谓电磁屏蔽，就是利用导电或导磁的材料制成的金属实体的或非实体的 壳体，将电磁干扰限制在一定的范围内，形成电磁隔离。即其内的电磁场不能 超出这一区域，而外来的辐射电磁场不能进入这一区域或者进入该区域的电磁 能将受到很大的衰减，其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作 用4。电磁屏蔽包括电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。通常所指的屏蔽，大多 数是电磁屏蔽，即利用屏蔽体削弱电场和磁场，实现电磁波的隔离，电磁屏蔽 一般指对10kHz以上的电磁场的屏蔽。电场分量和磁场分量总是同时存在于交 变场中。在低频范围内，干扰一般发生在近
9、场，随着频率升高，电磁辐射能力 增强，产生辐射电磁场，并趋向于远场干扰。在远场中，电场和磁场均要引起 重视，需要对电场和磁场同时进行电磁屏蔽。采用良导体材料，能够实现对电 场和磁场屏蔽的作用。由于高频的集肤效应，对于良导体而言，其集肤深度很 小，因此，电磁屏蔽体无需很厚，其厚度仅取决于产品的工艺结构。1.2.2电磁屏蔽原理如图1.1所示，屏蔽体的屏蔽效能由两部分组成，吸收损耗和反射损耗。 当电磁波入射到不同媒介的分界面时，就会发生反射，于是减小了继续传播的 电磁波的强度。反射的电磁波称为反射损耗，当电磁波在屏蔽材料中传播时， 会产生损耗，这就构成了吸收损耗。入射波反射波二必*吸：-收一图1.1
10、电磁屏蔽机理示意图Fig.1.1 Schematic diagram for mechanism of EMI shielding电磁屏蔽通俗的说就是利用屏蔽体（具有屏蔽特殊功能的材料）阻挡或衰 减电磁波的传输，是一种抑制电磁干扰的有效手段5。屏蔽体的好坏用屏蔽效 能（Shielding Effectiveness，以下简称SE）来描述，屏蔽效能表示屏蔽体对电 磁波的衰减程度。为了定量地说明屏蔽效能，将屏蔽效能定义为屏蔽前某点的 场强度与屏蔽后该点场强之比。用公式表述为：其中E0、H0分别为屏蔽前某点的电场强度与磁场强度，ES、HS分别为屏蔽后某点的电场强度与磁场强度。在工程计算中常采用公式计
11、算，其表达式为:SE = 20lg 囹E& | Es ISE = 20lg|olH*气1(1-1)(1-2)另外，还可以用屏蔽系数门表示屏蔽效果，它是指被干扰电路加屏蔽体后所感应的电压us与未加屏蔽体时所感应的电压u0之比，即:(1-3)传输系数（或透射系数）Te是指存在屏蔽体时某处的电场强度Es与不存在 屏蔽体时同一处的电场强度Eo之比；或者Th是指存在屏蔽体时某处的磁场强 度Hs与不存在屏蔽体时同一处的磁场强度Ho之比，即(1-4)(1-5)传输系数（或透射系数）与屏蔽效能互为倒数关系，即:”，1SEe = 20lg TE(1-6)- 1SEh= 20lg T（1-7）H屏蔽效能SE越大，
12、则对电磁波的衰减程度越高，屏蔽效果越好。屏蔽效果 的分级标准6如表1.1所示，屏蔽效能对应的信号衰减比如表1.2所示。010dB 几乎没有屏蔽作用；1030dB有较小的屏蔽作用；3060dB为中等屏蔽效果， 可应用于一般工业或商业用电子设备；6090dB屏蔽效果较好，可用于航空航 天及军用仪器设备的屏蔽，90dB以上的屏蔽材料则具有最佳屏蔽效果，适用于 高精度、高敏感度的产品。SE(dB)090衰减程度无较差差中等良好优表1.1电磁屏蔽效能的分级标准Tab 1.1 Grade of EMC shielding effectiveness表1.2信号的衰减百分比Tab 1.2 The perce
13、ntage of signal attenuationSE(dB)0203040506070衰减百分比/%09099.999.9999.99999.999999.99999一般将屏蔽作用分为电场、磁场和缝隙和孔洞的屏蔽7。电场和磁场的屏 蔽方式不同，对于电场屏蔽而言，应采用高电导率、低磁导率的材料（如铜、 铝等）降低屏蔽阻抗加大反射损耗，提高屏蔽效果。对于磁场屏蔽而言，大多 数入射波将进入屏蔽介质，阻抗相对较小，磁场的吸收损耗较大，这时应当采 用低电导率、高导磁率的材料（如钢、镍合金等）实现磁屏蔽效能。对于缝隙 和孔洞而言，屏蔽体上有很多不导电的缝隙容易产生了电磁泄漏，解决这种泄 漏的方法是在
14、缝隙处填充导电弹性材料，当波长远远大于缝隙尺寸时，并不会 产生明显的泄漏。因此，当电磁干扰的频率较高时，这时波长较短，则需要使 用电磁密封衬垫。1.3电磁屏蔽材料的国内外研究现状现阶段已经研发的电磁屏蔽材料主要有：导电型电磁屏蔽涂料、化学镀层 型电磁屏蔽材料、多层复合型电磁屏蔽材料、纳米型和石墨型电磁屏蔽材料等 8，现简单介绍前三种。1.3.1导电型电磁屏蔽涂料研究电磁屏蔽涂料是一种在化学溶剂中掺入导电颗粒，经过工艺混合后，可喷 涂于工程塑料、木材等非金属材料表面上，实现对电磁波的屏蔽作用，具有室 温固化、附着力强等优点，是手机及各类仪器仪表的非金属表壳进行电磁屏蔽 最为简便的一种处理方式9。
15、电磁屏蔽涂料由合成树脂、导电填料、溶剂配制 而成，将其涂覆于基材表面形成一层固化膜，从而产生屏蔽效果。涂覆方法主 要采用喷涂、刷涂、浸涂等。导电涂料作为电磁屏蔽材料的最大优点是成本低， 简单实用且适用面广，并喷涂于比较复杂形状的外壳。河南大学田俊涛等人利用液相还原法制备出以超细镍粉作为导电填料，丙 烯酸树脂为基体的电磁屏蔽涂料，通过球磨机分散，在实验条件下制备的涂料 在130MHz1.5GHz频率范围内的电磁屏蔽效能为4055dB，屏蔽效果较好。 吴行，饶大庆等将经过偶联处理的镍基填充剂与不同比例的丙烯酸树脂混和研 磨后，经稀释后均匀喷涂于圆形绝缘板上，待完全干燥后测试其屏蔽效能。测 试结果显示在9kHz100MHz频率范围内屏蔽涂料的屏蔽效能约为37dB，在 100MHz1.3GHz频率范围内，电磁屏蔽效能为3639dB。以纳米级镍粉制成的 电磁屏蔽涂料在低频和中频段的屏蔽效能稳定在43dB。谢明，杨有才等采用机械合金化技术，制备出Ag系、Ag/Cu系、Ag/Ni系 粉体材料和电磁屏蔽涂料。经测试涂
