電磁屏蔽材料的研究進展

李豪杰

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、引言

隨著信息化和電子技術的快速發展，電磁輻射帶來的污染問題在軍事和民用等領域日益引起人們的重視。電磁輻射帶來電磁干擾、信息泄露、以及危害人們身體健康。電磁屏蔽材料，是通過對電磁波的衰減和反射來起到防電磁污染的材料。電磁屏蔽材料根據基體有金屬基、陶瓷基、聚合物基等不同種類。屏蔽材料的厚度、電導率和磁導率對電磁屏蔽效果有很大影響[1]。本文主要論述近電磁屏蔽機理及近幾年來不同種類的電磁屏蔽材料的研究進展。

二、電磁屏蔽材料的屏蔽機理

電磁屏蔽是在電磁波傳輸過程利用單一或復合材料進行電磁波的反射或者衰減電磁[2]：在材料表面由于阻抗不匹配而反射(R)、在材料內部多重反射而衰減(B)及在材料內部吸收(A)。屏蔽材料的屏蔽性能由屏蔽效能(SE)來評定。

根據電磁屏蔽材料對電磁波的阻擋，可以將電磁屏蔽材料的屏蔽機理分為兩類：電磁反射和電磁吸收[3]。

金屬作為電磁屏蔽材料具備高的屏蔽效能和強度，但是其本身密度太高，且難以耐高溫和腐蝕，在很大程度上限制了其發展和廣泛應用。

三、電磁屏蔽復合材料的分類

(一)聚合物基電磁屏蔽材料

聚合物基屏蔽材料是由不具備屏蔽性能的聚合物基體或者導電性很差的基體復合高性能填料制備的。因此，填料的性質直接決定了屏蔽效能的高低，總的來說，填料導電可分為碳系導電(炭黑、石墨烯、碳纖維和納米碳管)和吸波劑(鐵氧體、金屬微粉、鈦酸鋇、碳化硅、石墨烯、多晶鐵纖維等)[4]。

(二)陶瓷基電磁屏蔽材料

陶瓷基復合材料廣泛用于航空航天領域，具有高強度、耐高溫、裂紋不敏感等特點，是一種理想的熱結構材料。目前，陶瓷基復合材料主要是SiC基復合材料。碳纖維增強陶瓷基復合材料主要是通過引入碳纖維增改善陶瓷的密度、脆性和導電性，碳化硅本身是電阻型吸波材料，碳纖維的引入使得C/SiC復合材料有一定的抵抗電磁干擾的能力，但是屏蔽效能不是很高，近幾年的研究主要是通過提高纖維的導電性或者基體導電性來提升復合材料的電導率，從而優化它的電磁屏蔽效能，但是總體屏蔽效能較聚合物類和金屬類低。

(三)碳基電磁屏蔽材料

C/C復合材料電磁干擾屏蔽的機理是屏蔽體對電磁波的反射，電磁屏蔽效能的高值是由于非金屬材料的表層深度很小所引起的反射，達到高的屏蔽效能；在C/C復合材料內部生長CNT對電磁屏蔽效能有很大提升，因為C/C內部的孔洞不僅為碳納米管的生成和生長提供了空間，而且還改善了碳納米管電磁屏蔽效能的特異性

(四)新型電磁屏蔽材料

除上述幾類利用碳纖維的導電性的電磁屏蔽材料以外，其它一些添加納米粒子的屏蔽材料、特殊的結構[1]和新的屏蔽機理也在研究之中。新型納米復合材料對電磁波的屏蔽一般是通過納米粒子自身的電磁效應和納米顆粒之間的協同雜化效應來增加基體對電磁波的吸收或者反射，基體的厚度和形狀也對這類復合材料的屏蔽效能有很大影響，如酚醛樹脂碳泡沫這樣的蜂窩狀結構和氣凝膠這樣的大比表面有利于電磁波在屏蔽體內部的反射，使得屏蔽體可以捕獲更多電磁波，提升屏蔽效能。

四、結語

從整體來看，屏蔽材料的發展方向和研究趨勢必然朝著綠色健康、輕質高效、有效帶寬、高性能的方向發展。

(1)電磁屏蔽材料應該朝著高性能化(航空航天等)和綜合性能優越(民用、寬頻)的方向發展；

(2)吸波填料(碳納米管、石墨烯、鐵氧體、稀土元素等)的研究和開發；

(3)納米顆粒的雜化協同效應和多孔結構的相互作用的研究。