电磁屏蔽以及屏蔽材料的研究
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电磁屏蔽陶瓷材料是一种专为防止或减少电磁场干扰和辐射而设计的新型功能材料。
这种材料主要应用于需要控制、抑制或者阻挡电磁波传播的场合,比如在电子设备、通信设备、军事装备、医疗设备以及航天航空等领域。
电磁屏蔽陶瓷材料的特点包括:
1. 高导电性:通过在陶瓷中添加特定类型的金属或合金粉体(如银、镍、铜等),使材料具有良好的导电性能,能够有效地反射或吸收电磁波。
2. 宽频带屏蔽效能:优秀的电磁屏蔽陶瓷材料能够在较宽的频率范围内提供高效的电磁屏蔽效果,覆盖从低频到微波甚至更高频段。
3. 耐高温稳定性:陶瓷材料通常具有较高的熔点和优良的热稳定性,因此适合于在高温环境下工作的电子器件和系统中使用。
4. 抗腐蚀与环境适应性:由于陶瓷材料本身的化学稳定性较高,电磁屏蔽陶瓷可以在恶劣环境中保持其屏蔽效能不变,具有较好的耐候性和抗腐蚀能力。
5. 结构多样性:可以制成薄膜、片状、块状等各种形式,以满足不同应用场景的需求,例如用于制作电磁屏蔽窗、封装材料、电路板基材等。
中国科学院上海硅酸盐研究所研制出的高效屏蔽和吸收电磁波的复合陶瓷材料,就是该领域的一个重要研究进展,这类材料不仅具有良好的电磁屏蔽效果,还可能因为成本合理和工艺适应性强而具有
广泛的应用前景。
屏蔽磁场材料
在现代社会中,我们经常会遇到各种各样的磁场干扰,比如电磁辐射、磁场干
扰等。
这些干扰不仅会影响我们的生活,还可能对电子设备和仪器造成损坏。
因此,研究和开发屏蔽磁场材料变得至关重要。
屏蔽磁场材料是一种能够吸收或反射磁场的材料,它可以有效地减弱或消除磁
场的影响。
目前,市面上已经有多种屏蔽磁场材料,包括铁氧体、软磁材料、导电材料等。
这些材料在不同的场合和环境下都有着各自的优势和适用性。
首先,铁氧体是一种常见的屏蔽磁场材料,它具有良好的磁导磁性能,能够有
效地吸收和消除外部磁场的影响。
铁氧体材料可以广泛应用于电子设备、通讯设备、医疗器械等领域,起到了良好的屏蔽效果。
其次,软磁材料也是一种常用的屏蔽磁场材料,它具有较高的磁导磁性能和良
好的导磁性能,能够有效地吸收和消除外部磁场的影响。
软磁材料通常被用于制造变压器、电感器、传感器等电子元器件,可以有效地保护这些设备不受外部磁场的干扰。
另外,导电材料也是一种常见的屏蔽磁场材料,它具有良好的导电性能和磁导
磁性能,能够有效地反射外部磁场的影响。
导电材料通常被用于制造电磁屏蔽罩、电磁屏蔽膜等产品,可以有效地保护电子设备不受外部磁场的干扰。
总的来说,屏蔽磁场材料在现代社会中具有着重要的意义,它可以有效地保护
电子设备和仪器不受外部磁场的干扰,保障人们的生活和工作环境。
随着科学技术的不断发展,相信屏蔽磁场材料会有更广阔的应用前景,为人们的生活带来更多的便利和安全保障。
电磁屏蔽效能探讨摘要:科技的进步,电子产品的广泛应用,给人们带来便利的同时也释放出大量的电磁辐射。
当这些辐射达到一定的限值时,会对人和动物大脑、心血管系统、内分泌系统、生殖系统造成损伤,同时对通信设备间信号的发射与接收造成干扰,对信息的泄漏、信号间的兼容带来很大的挑战。
由此,对电磁辐射的科学合理防护显得十分重要。
电磁防护的主要措施有接地、搭线、屏蔽、滤波等,其中电磁屏蔽是减少辐射和抑制干扰的重要手段。
由此,研究高效的电磁屏蔽材料成为急需解决的问题。
关键词:电磁屏蔽;效能;屏蔽材料1 引言随着电子工业的迅猛发展,电磁污染已成为继大气污染、水质污染、噪音污染后的第四大公害。
电磁辐射污染会导致电磁干扰、电磁环境污染和电磁信息泄漏等一系列问题。
随着电子线路和元件的高度集成化、微型化和数字化,其所使用的电流均为微弱电流,控制信号的功率与外部电磁波噪音的功率接近,易产生误动、图像和声音障碍等。
据统计,全世界电子电气设备由于电磁干扰发生故障,每年造成的经济损失高达 5亿美元。
而电磁屏蔽是减少电磁污染、提高系统稳定性的重要手段。
目前,电磁屏蔽材料向着薄、轻、宽、高的方向发展,复合材料已渐渐取代单一材料成为电磁屏蔽研究的主要方向。
复合材料的电磁屏蔽性能不仅取决于组成材料,结构对性能的影响也不容忽视。
机械复合材料形式简单,因此本文以机械复合材料为基础,从理论和实验上研究电磁屏蔽复合材料结构对电磁屏蔽性能的影响。
2 屏蔽效能的影响因素2.1缝隙问题屏蔽体上有很多导电不连续点,最主要的一类是屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙,这些不导电缝隙产生了电磁泄漏。
解决这种泄漏的一种方法是在缝隙处填充弹性导电材料,消除不导电点。
这些弹性导电填充材料就是电磁密封衬垫。
是不是所有屏蔽体的缝隙都要用电磁密封衬垫密封来防止电磁泄漏呢?不是的。
因为缝隙是否泄漏电磁波,取决于缝隙相对于电磁波波长的尺寸。
当波长远大于缝隙尺寸时.并不会产生明显的泄漏。
三明治型电磁屏蔽功能复合板材的制备及性能研究
电磁辐射已经成为了我们现代社会中一个不可忽视的问题,随着无线
通讯技术和电子设备的普及,电磁辐射对人体健康的影响也日益引起人们
的关注。
因此,研究并开发电磁屏蔽材料成为了当前的一个热点领域。
三
明治型电磁屏蔽功能复合板材作为一种新型的屏蔽材料,具有良好的电磁
屏蔽效果和机械性能,因此备受研究者的关注。
三明治型电磁屏蔽功能复合板材的制备一般包括三个关键步骤:基材
的选择、填料的掺杂以及界面处理。
基材的选择一般以有机聚合物为基础,如聚丙烯、聚氯乙烯等;填料的掺杂一般选择电磁屏蔽效果好的导电填料,如碳纳米管、金属颗粒等;界面处理则是为了提高填料与基材的相容性以
及增强界面的粘接强度。
通过以上制备步骤,可以制备出具有良好电磁屏
蔽效果的三明治型电磁屏蔽功能复合板材。
对于三明治型电磁屏蔽功能复合板材的性能研究一般包括电磁屏蔽效果、介电性能、机械性能等方面。
电磁屏蔽效果是评价该类材料的一个重
要指标,通过对其电磁屏蔽效果的研究可以了解材料在屏蔽电磁辐射方面
的能力;介电性能则是用来评价材料在电场作用下的行为;机械性能则是
评价材料在力学作用下的表现。
通过研究以上性能指标,可以全面了解该
类材料的性能表现。
综上所述,三明治型电磁屏蔽功能复合板材的制备及性能研究对于开
发具有良好电磁屏蔽效果的新型材料具有重要的意义。
未来,随着科技的
不断发展,相信这一领域的研究会更加深入,为我们的生活和健康提供更
多的保障。
塑料的电磁屏蔽性能现代社会中,电子设备的广泛使用给我们的生活带来了便利,但同时也带来了电磁辐射的问题。
为了保护人们的身体健康和保护电子设备的正常运行,研究和开发电磁屏蔽材料变得尤为重要。
本文将重点介绍塑料作为一种常见的电磁屏蔽材料的性能特点及其应用。
一、塑料的基本概述塑料是一种由石油、天然气等有机原料经过加工制造成的合成材料,具有重量轻、形状可塑性强、接口性好等优点,因而被广泛应用于各个领域。
常见的塑料类型有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
二、塑料的导电性能塑料本身是一种绝缘材料,不具备导电性能。
然而,通过在塑料中添加导电填料,可以提升其导电性能。
常见的导电填料有金属粉末(如铜粉、镍粉)和导电纤维等。
这些导电填料可以形成连续的导电网络,从而实现电磁屏蔽的目的。
三、塑料的电磁波吸收性能塑料的电磁波吸收性能是指材料对入射的电磁波的反射和吸收能力。
一般来说,电磁波吸收性能较好的塑料通常具有较高的复合介电常数和磁导率。
这些性能使得塑料能够有效地吸收电磁波的能量,减少电磁波的反射和透射。
四、塑料的电磁屏蔽性能塑料作为一种电磁屏蔽材料,其性能主要有两个方面:反射性能和吸收性能。
反射性能是指材料对电磁波的反射能力,而吸收性能是指材料对电磁波的吸收能力。
在塑料中添加导电填料后,可以形成导电网络,从而提升塑料的反射性能。
导电网络能够将入射的电磁波迅速传导和分散,减少电磁波的反射。
此外,导电填料还可以通过电磁波吸收性能将一部分能量转化为热能,从而进一步降低反射。
五、塑料的应用领域由于塑料具有重量轻、形状可塑性强的特点,以及良好的电磁屏蔽性能,被广泛应用于电子设备、航空航天、军事等领域。
在电子设备中,塑料电磁屏蔽材料可用于制造电磁屏蔽罩、电磁屏蔽壳体等,以保护电子元器件不受外界电磁干扰。
在航空航天领域,塑料电磁屏蔽材料可以用于制造航空器的电磁屏蔽外壳,提供安全稳定的电磁环境。
在军事领域,塑料电磁屏蔽材料能够用于制造军事设备的电磁屏蔽件,保证设备的正常运行和信息安全。
电磁波防护的材料与技术随着现代通讯技术的飞快发展,电磁波已经渗透进我们生活的方方面面。
无论是手机信号、WiFi、蓝牙、微波炉,还是电视、收音机、电灯等设备,都在不同程度上产生了电磁波。
虽然这些电磁波对人体健康可能造成的影响尚未有定论,但未来随着5G、6G等新一代移动通信技术的普及,人们对于电磁波的防护问题愈发重视。
那么关于电磁波防护的材料与技术,究竟有哪些值得关注的方面呢?1. 电磁波防护材料电磁波的穿透力较强,可以通过很多物质,但是某些材料的抗辐射能力比较强,可以用于制作电磁波屏蔽材料。
例如:金属材料,如金属幕墙、金属隔离层、金属网、金属泡沫材料等;碳纤维制品,如碳纤维板、碳纤维芯材、碳纤维纱等;陶瓷材料,如氧化铝陶瓷,氮化硼陶瓷等;合金材料,如铅、铜、镍等合金材料;合成材料,如ABS材料、聚碳酸脂等。
此外,还有几种比较新颖的电磁波防护材料值得一提:(1) 石墨烯材料:这种材料是当今科学界的一颗明珠,其热导率很高且电导率极佳,使得能够用于制作高效的电磁波屏蔽材料。
(2) 纳米金属网:这种材料主要由纳米金属线组成,具有透明度高、柔韧性强、导电性好等优点,已经被广泛应用于电子产品的屏蔽和隔离中。
(3) 软磁材料:这种材料的特点是外加磁场时磁滞损耗很小,适合制成高频率的电磁波屏蔽材料。
(4) 阻抗材料:通过改变材料的电阻值,降低电磁波的传输效率,达到电磁波的屏蔽效果。
这种材料的开发已经引起了研究者们的广泛关注。
2. 网格电磁波屏蔽技术网格电磁波屏蔽技术是被常用的电磁波屏蔽技术之一,它采用网格状的导电材料制成屏蔽层,在电磁波穿过时起到屏蔽层的作用。
这种技术可以用于屏蔽某一个特定的频段,通常被用于屏蔽无线通讯信号。
目前,网格电磁波屏蔽技术也在为5G技术的普及提供支持,5G通讯频段较高,传输距离较短,使用网格电磁波屏蔽技术,能够有效减少干扰和泄漏。
3. 工程隔层技术工程隔层技术是通过在房屋内添加防护材料,形成一个与外界隔绝的屏蔽层,来达到电磁波防护的作用。
解析7⼤电磁屏蔽材料及应⽤电磁屏蔽材料(EMI/EMC)随着科学技术和电⼦⼯业的⾼速发展,各种数字化、⾼频化的电⼦电器设备在⼯作时向空间辐射了⼤量不同波长的频率的电磁波,从⽽导致了新的环境污染--电磁波⼲扰(Electromagnetic Interference ,EMI)和射频或⽆线电⼲扰(Radio Frequency Interference ,RFI)。
与此同时,电⼦元器件也正向着⼩型化、轻量化、数字化和⾼密度集成化⽅向发展,灵敏度越来越⾼,很容易受到外界电磁⼲扰⽽出现误动、图像障碍以及声⾳障碍等。
电磁辐射产⽣的电磁⼲扰仅影响到电⼦产品的性能实现,⽽且由此⽽引起的电磁污染会对⼈类和其它⽣物体造成严重的危害。
为此,国际组织提出了⼀系列技术规章,要求电⼦产品符合严格的磁化系数和发射准则。
符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。
对设计⼯程师⽽⾔采⽤EMI屏蔽⽤的吸波材料是⼀种有效降低EMI的⽅法。
针对不同的⼲扰源,在考虑安装尺⼨及空间位置后选择最优的吸波材料,这样就能保证系统达到最佳屏蔽效果。
电磁屏蔽材料简介导电布1. 以纤维布(⼀般常⽤聚酯纤维布)经过前置处理后施以电镀⾦属镀层使其具有⾦属特性⽽成为导电纤维布。
可分为:镀镍导电布、镀炭导电布、镀镍铜导电布、铝箔纤维复合布。
外观上有平纹和⽹格等区分;2. 最基本层为⾼导电铜,结合镍的外层具有耐腐蚀性能;3. 镍/铜/镍涂层的聚酯纤维布提供了优异的导电性、屏蔽效能及防腐蚀性能够适应各种不同范围的要求,屏蔽范围在100K-3GHz。
应⽤领域:可⽤于从事电⼦,电磁等⾼辐射⼯作的专业屏蔽⼯作服,屏蔽室专⽤屏蔽布;IT⾏业屏蔽件专⽤布,触屏⼿套,防辐射窗帘等。
⼴泛应⽤于PDA掌上电脑、PDP等离⼦显⽰屏、LCD显⽰器、笔记本电脑、复印机等等各种电⼦产品内需电磁屏蔽的位置。
导电布衬垫导电布衬垫采⽤⾼导电性和防腐蚀性的导电布,内包⾼度压缩⾼弹性的泡棉芯,经过精密加⼯⽽组成。
电磁屏蔽材料电磁屏蔽材料是一种能够有效隔绝电磁波的材料,广泛应用于电子设备、通讯设备、航空航天等领域。
它能够有效地阻挡电磁波的传播,保护设备免受外界电磁干扰的影响,同时也能够防止设备辐射出的电磁波对周围环境和人体造成危害。
本文将对电磁屏蔽材料的种类、特性及应用进行介绍。
电磁屏蔽材料主要分为金属屏蔽材料和非金属屏蔽材料两大类。
金属屏蔽材料主要包括铜箔、铝箔、镍铁合金等,这些材料具有良好的导电性能和电磁波反射性能,能够有效地屏蔽电磁波的传播。
非金属屏蔽材料则包括导电涂料、导电纤维布、石墨等,这些材料虽然导电性能不及金属材料,但在柔性、轻便、易加工等方面具有优势,适用于一些特殊场合的电磁屏蔽需求。
电磁屏蔽材料的特性主要包括屏蔽效能、耐腐蚀性、机械性能等。
屏蔽效能是衡量电磁屏蔽材料性能的关键指标,它取决于材料的导电性能、厚度、结构等因素。
耐腐蚀性是指材料在恶劣环境下的抗腐蚀能力,特别是在航空航天等领域,对材料的耐腐蚀性要求非常高。
机械性能包括材料的强度、韧性、可加工性等,这些性能直接影响着材料的使用寿命和加工成型的难易程度。
电磁屏蔽材料广泛应用于电子设备、通讯设备、航空航天等领域。
在电子设备中,电磁屏蔽材料能够有效地隔离设备内部的电磁干扰,保证设备的正常工作;在通讯设备中,电磁屏蔽材料能够防止设备之间的电磁干扰,保证通讯质量;在航空航天领域,电磁屏蔽材料能够保护飞行器内部设备免受外界电磁辐射的影响,确保飞行安全。
总的来说,电磁屏蔽材料在现代科技领域起着至关重要的作用。
随着科技的不断发展,对电磁屏蔽材料的性能和应用需求也在不断提高,相信在未来的发展中,电磁屏蔽材料将会有更广泛的应用和更优越的性能表现。
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 electronic 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 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 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:electromagnetic 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。
碳纤维及碳纳米材料改性水泥基材料电磁屏蔽及吸波性能研究进展目录1. 内容描述 (2)1.1 水泥基材料的电磁性能劣势及改性思路 (2)1.2 碳纤维及碳纳米材料在电磁波屏蔽与吸波领域的应用潜力..41.3 工作重点及研究价值 (5)2. 碳纤维及碳纳米材料 (7)2.1 碳纤维的结构、性能与制备方法 (8)2.2 碳纳米材料的类型、性能与制备方法 (9)2.2.1 碳纳米管 (10)2.2.2 石墨烯 (12)2.2.3 其他碳基纳米材料 (13)3. 碳纤维及碳纳米材料改性水泥基材料 (15)3.1 改性策略与机制 (16)3.2 改性材料的电磁性能 (19)3.2.1 电导率影响机制 (20)3.2.2 介电常数与损耗角正切的变化规律 (21)3.3 改性材料的力学性能影响 (23)4. 电磁屏蔽性能研究进展 (24)4.1 屏蔽效果测试方法 (25)4.2 屏蔽机理探讨 (26)4.3 影响屏蔽性能的因素 (28)4.4 高频屏蔽材料研究进展 (29)5. 电磁吸波性能研究进展 (30)5.1 吸波机理探讨 (31)5.2 吸波性能实验方法及评价指标 (32)5.3 吸波性能与结构、尺寸、频率的关系 (33)5.4 宽带吸波材料研究进展 (35)6. 展望与总结 (36)6.1 未来的研究方向 (37)6.2 应用前景与挑战 (38)1. 内容描述本论文综述了碳纤维及碳纳米材料改性水泥基材料在电磁屏蔽及吸波性能方面的研究进展。
随着现代电子设备的快速发展,电磁辐射对人体的影响日益严重,因此开发具有电磁屏蔽和吸波性能的新型材料成为当前研究的热点。
碳纤维和碳纳米材料因其独特的物理和化学性质,在水泥基材料中得到了广泛应用。
本文首先介绍了碳纤维和碳纳米材料的基本原理及其在水泥基材料中的应用方式。
接着,重点分析了碳纤维和碳纳米材料改性水泥基材料后,在电磁屏蔽和吸波性能方面的提升效果。
研究发现,通过引入碳纤维和碳纳米材料,可以显著提高水泥基材料的电磁屏蔽效能和吸波性能。
林业工程学报,2024,9(2):14-22JournalofForestryEngineeringDOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202302013收稿日期:2023-02-17㊀㊀㊀㊀修回日期:2023-06-28基金项目:茂名实验室自主科研项目(2022ZD002);广东省基础与应用基础研究青年基金(2022A1515110008)㊂作者简介:林秀仪,女,副教授,研究方向为生物质功能复合材料㊂通信作者:胡传双,男,教授㊂E⁃mail:cshu@scau.edu.cn木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展林秀仪1,2,戴振华1,韦喻译1,徐江涛1,胡传双1,2∗(1.华南农业大学材料与能源学院生物质材料与能源教育部重点实验室,广州510642;2.岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心,茂名525032)摘㊀要:生命健康㊁精密仪器和国防信息等领域对电磁屏蔽/吸波材料均有迫切的需求,但传统金属基电磁屏蔽/吸波材料存在屏蔽效能质量比低㊁易造成二次环境污染和屏蔽机理单一等不足,而新型碳基纳米电磁屏蔽/吸波材料制备烦琐㊁价格昂贵㊂木材及其衍生品具有多级孔结构㊁强重比高㊁绿色低碳㊁易加工㊁可再生等天然优势,开发轻质㊁环境友好的木基电磁屏蔽/吸波材料逐渐成为研究热点㊂系统分析和讨论了国内外木基电磁屏蔽/吸波材料的研究进展,介绍了电磁屏蔽材料的基本概念和原理,对比了涂层型㊁填充型㊁碳化型3种制备方法的特点及适用范围,总结了制备工艺㊁孔隙结构㊁导电/磁性填充组分等因素对电磁屏蔽和吸波性能的影响,并分析了木基电磁屏蔽/吸波材料中的电磁屏蔽机理和吸波机制,以及木质材料的各向异性结构对屏蔽性能的调控机制,最后对木基电磁屏蔽/吸波材料的未来发展趋势和研究重点进行了展望,可为木基电磁屏蔽/吸波材料的研发提供一定参考㊂关键词:木材;电磁屏蔽;电磁波吸收;木基屏蔽材料;木基吸波材料中图分类号:X5㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:2096-1359(2024)02-0014-09Researchprogressofwood⁃basedelectromagneticinterferenceshielding/waveabsorbingmaterialsLINXiuyi1,2,DAIZhenhua1,WEIYuyi1,XUJiangtao1,HUChuanshuang1,2∗(1.KeyLaboratoryforBiobasedMaterialsandEnergyofMinistryofEducation,CollegeofMaterialsandEnergy,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;2.MaomingBranch,GuangdongLaboratoryforLingnanModernAgriculture,Maoming525032,China)Abstract:Lifehealth,precisioninstruments,andnationaldefensesafetyseekforthehighperformanceandgreenelec⁃tromagneticshielding/waveabsorbingmaterials.However,traditionalmetal⁃basedmaterialshavedrawbacksoflowshieldingeffectiveness⁃to⁃densityratio,secondaryenvironmentalpollution,andsingleshieldingmechanism.Mean⁃while,carbon⁃basednanomaterialsarecomplextoprepareandexpensive.Woodanditsderivativeshavenaturalad⁃vantagessuchasmulti⁃levelporestructure,highstrength⁃to⁃weightratio,environmentalfriendliness,easyprocessing,andrenewability.Asaresult,theyhavebeenconsideredassuitablematerialsfordevelopinglightweight,environmentallyfriendlyelectromagneticshielding/waveabsorbingmaterials.Thisreviewfirstintroducedthebasicprinciplesofelectromagneticshieldingandwaveabsorption,andelucidatedtherelationshipbetweenrelevantelectro⁃magneticparametersandshieldingperformance.Thecharacteristicsandapplicationofthreecommonpreparationmeth⁃odswerecompared,includingcoating,filling,andcarbonization.Thecoating⁃typedepositsdifferentconductivelayertothesurfaceofthewood,whichisfacileandabletomaintainthehigh⁃strengthofwood,buttheperformanceishighlydependentonthecoatingmaterial.Filling⁃typeistoaddtheconductiveormagneticfillerintothewoodenstruc⁃ture,anddelignificationisalsoappliedforbetterdistributionofconductiveormagneticcomponents.Itcanbeusedinthewearableelectronicdevice,butthepreparationiscomplex.Carbonization⁃typereferstoheatthewoodtotempera⁃turesabove800°Cforobtainingconductiveskeleton,andconductiveormagneticcomponentsareaddedtofurtherim⁃provetheperformance.Althoughhighperformancecanbeachieved,theirmechanicalpropertiesarepoor.Thisreviewthensummarizedtheeffectsofpreparation,porestructure,andconductive/magneticcomponentsontheelectromag⁃neticshielding/waveabsorbingperformance.Theperformanceusuallyincreaseswiththeelectricalandmagneticcon⁃ductivity,thus,theadditionoftheconductiveormagneticcomponentsisoftenappliedtoimprovetheperformance.㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展Theorthotropicstructureofthewood⁃basedmaterialsalsomanipulatestheelectromagneticshieldingmechanism,hencetheshieldingperformancealongthegraindirectionandperpendiculartothegraindirectionisdifferent.Themainwaveabsorbingmechanismisthemulti⁃internalreflectionofelectromagneticinsidethepores,henceporousstructureandporosityplayavitalroleinimprovingtheperformance,andlow⁃densitywoodspeciesischosen.Finally,thede⁃velopmenttrendandresearchfocusofwood⁃basedelectromagneticinterferenceshielding/waveabsorbingmaterialsisprospected.Thisstudycanprovidethebackgroundinformationforthefuturedevelopmentofthewood⁃basedelectro⁃magneticinterferenceshielding/waveabsorbingmaterials.Keywords:wood;electromagneticinterferenceshielding;electromagneticwaveabsorption;wood⁃basedelectromagneticshieldingmaterial;wood⁃basedabsorbingmaterial㊀㊀电子设备的普及和5G/6G通信技术的发展带来了日益严重的电磁辐射污染,不仅影响电子元件的工作寿命,甚至威胁人类健康㊂电磁辐射已经成为继水污染㊁大气污染㊁噪声污染之后的第四大公害㊂同时,随着商用㊁雷达监测和军事应用等应用场景日益复杂化,科研人员对电磁防护材料的探索逐渐深入㊂为满足下一代电磁防护的要求,亟须发展可用于高频率和宽频率覆盖的电磁屏蔽和吸波材料㊂传统的金属基电磁屏蔽材料表现出优异的屏蔽性能,但其高密度和较差的耐腐蚀性限制了实际使用[1]㊂为顺应电磁屏蔽㊁吸波材料轻量化和稳定性的趋势,新兴的纳米材料如碳纳米管㊁石墨烯已经引起了广泛的关注㊂然而,一些新兴的碳基纳米屏蔽和吸波材料制备过程复杂㊁价格昂贵,且以不可再生的化石资源为原料,不利于环境的可持续发展㊂此外,新兴的MXene材料结合了金属的卓越导电性和碳基材料的高化学稳定性,被认为是很有前途的电磁屏蔽材料[2],但是合成MXene材料的原材料MAX相的价格昂贵,主流的合成方法需使用氢氟酸蚀刻MAX相,危险性较高[3]㊂作为一种丰富的天然材料,木材拥有独特的分层多孔结构,从细胞壁的纳米尺度延伸到树干的宏观尺度㊂木材的孔道可视为微型波导,电磁波入射到木基材料表面时,根据波导理论,当波长大于波导横截面长度的两倍时,微波会在波导内衰减,木材较小的横截面尺寸将有利于更快地衰减微波[4]㊂另外,木基材料与人造的纳米纤维素⁃MXene仿生气凝胶[5]㊁Ti3C2Tx空心微球[6]多孔材料相比,直接利用木材天然多孔结构的制备过程更加简便和高效㊂木材及其衍生品还具有强重比高㊁绿色低碳㊁易加工㊁可再生等优势,使其成为电磁屏蔽/电磁波吸收材料的主要基材㊂探索开发性能优异的木基电磁屏蔽/吸波材料应用于家装家居㊁健康防护㊁信息保护㊁军事㊁国防安全等领域,具有非常广阔的应用前景㊂为缓解不可再生资源的压力,减轻电磁辐射对人体健康及各方面的危害,拓宽木材的应用前景,探索绿色高效的可再生电磁屏蔽/吸波材料尤为关键㊂将木材作为电磁屏蔽/吸波复合材料的基材,能够充分利用木材结构的天然优势,为构建绿色电磁屏蔽/吸波材料提供可能[7-8]㊂1㊀电磁屏蔽简介1.1㊀电磁屏蔽原理电磁屏蔽是利用屏蔽材料反射或吸收电磁波,从而阻拦电磁波的传播㊂通常用屏蔽效能(SE)来评估材料衰减电磁波的能力,其值用分贝(dB)表示㊂根据Schelkunoff理论,屏蔽材料的主要机理包括反射损耗(SER)㊁吸收损耗(SEA)和多重反射损耗(SEMR)㊂反射损耗是电磁波与屏蔽材料表面自由电荷之间相互作用的结果,与界面处的波阻抗有关㊂吸收损耗反映屏蔽材料将电磁波能量转换为热能的能力,主要取决于电导损耗和极化弛豫㊂一般当屏蔽效能值大于10dB时,多重反射损耗可以忽略[9]㊂进入屏蔽材料的电磁波主要通过介电损耗和磁损耗进一步吸收㊂反射损耗和吸收损耗的和为总屏蔽效能(SET)[10],民用标准需大于30dB[11]㊂1.2㊀吸波材料工作原理吸波材料需具备良好的匹配性和衰减性,不仅使入射电磁波能够最大程度地进入吸波材料内部,且能使电磁波能量快速衰减㊂常用反射损耗评估材料的吸收性能,根据电磁波传输线理论,反射损耗(RL)㊁阻抗匹配(Z)和衰减常数(α)定义为[12]:RL=20lg(Zin-Z0)(Zin+Z0)(1)Z=ZinZ0=μrεrtanhj2πfdcæèçöø÷μrεréëêêùûúú(2)α=2πfcˑ(μᵡεᵡ-μᶄεᶄ)+(μᵡεᵡ-μᶄεᶄ)2+(μᶄεᵡ+μᵡεᶄ)2(3)51林业工程学报第9卷式中:Zin㊁Z0㊁d㊁εr㊁μr㊁f和c分别为吸波材料输入阻抗㊁自由空间阻抗㊁样品厚度㊁复介电常数(εr=εᶄ-jεᵡ)㊁复磁导率(μr=μᶄ-jμᵡ)㊁频率和光速;εᶄ和εᵡ为复介电常数的实部和虚部;μᶄ和μᵡ为复磁导率的实部和虚部㊂εᶄ代表材料对电荷能量的储存能力,εᵡ代表材料对电荷能量的损耗能力㊂类似地,μᶄ代表材料对磁能量的储存能力,μᵡ代表材料对磁能量的损耗能力㊂阻抗匹配(当Z接近1时)表明大部分入射电磁波能进入吸波材料内部而不在其表面发生反射,即材料表面的输入阻抗与自由空间的特征阻抗尽可能地接近[13]㊂RL值越小说明其吸波性能越好㊂1.3㊀电磁损耗机制1.3.1㊀介电损耗极化弛豫损耗和传导损耗是决定介电损耗的两个因素[14]㊂传导损耗强度(εcᵡ)的计算公式为[15]:εcᵡ=σπε0f(4)式中,σ㊁ε0㊁f分别为电导率㊁真空介电常量㊁频率㊂通过式(4)可知,提高电导率可改善传导损耗㊂极化弛豫主要来自电荷的局部移动和交变电磁场中的偶极矩变化[16]㊂离子和电子极化通常发生在相对较低的频率区域[17];电子或原子极化在超高频[18];在微波区,偶极子存在于多组分材料系统的晶体缺陷或界面上,相应的极化被称为界面极化[19]㊂1.3.2㊀磁损耗磁损耗由旋磁涡流㊁磁滞损耗㊁阻尼损耗和磁后效应等组成,主要来源是和磁机制相似的磁畴壁位移㊁磁畴转向以及磁畴自然共振等[20]㊂微波区有效的磁损耗形式为涡流损耗和自然铁磁[21]㊂磁性材料可以响应外部改变的磁场并形成感应涡流,产生的相应损耗叫涡流损耗[22]㊂涡流损耗涉及从磁场到电能的能量转换,通过式(5)可知,涡流损耗(Co)与屏蔽材料的厚度㊁磁导率㊁电导率等相关[23]㊂Coʈ2πμ0μᶄ2σD2f3=μᵡ(μᶄ)-2f-1(5)式中,D㊁μ0㊁σ分别为屏蔽材料的厚度㊁真空磁导率㊁电导率㊂如果涡流只是涡流损耗的结果,则Co应该为常数,不随频率发生改变[24]㊂但感应涡流会辐射反向磁场,尤其是在磁性金属上,导致最大趋肤深度降低,进而导致微波吸收能力降低㊂然而,当电导率较低时,CoFe2O4㊁Fe3O4和NiFe2O4等磁性氧化物中产生的涡流损耗有利于电磁波的吸收㊂因此,涡流损耗是否有助于微波吸收取决于材料的电导率[25]㊂2㊀木基电磁屏蔽材料木基电磁屏蔽材料的制备方法可分为三大类:涂层型㊁填充型㊁碳化型㊂3种制备方法的优缺点如表1所示[26⁃35]㊂表1㊀木基电磁屏蔽材料常见的制备方法和优缺点Table1㊀Commonpreparationmethodsandadvantages/disadvantagesofwood⁃basedelectromagneticshielding/waveabsorbingmaterials制备方法优点缺点主要参考文献涂层型制备方法简便设备昂贵㊁涂层材料成本高;复杂形状时难以大规模实施[26-29]填充型复合方式丰富导电导磁材料分布不均匀;制备过程复杂烦琐[30-31]碳化型导电性优异碳化过程能耗大;反射机理主导,二次污染严重[32-35]2.1㊀涂层型木基屏蔽材料2.1.1㊀化学镀东北林业大学李坚院士团队在2005年开始对木材基材展开非钯活化化学镀的探索[26],如NaBH4溶液活化[36]㊁γ⁃氨丙基三羟基硅烷(APTES)活化[27]㊂镀层材料也逐渐向多元化发展,包括Cu[37]㊁Ni⁃P[26,38]㊁Ni⁃Cu⁃P[39]㊁Ni⁃Fe⁃P[40]等,上述木基电磁屏蔽材料在1.5GHz的SE值约为60dB㊂镀层的复合结构对屏蔽性能的提升有显著作用㊂Guo等[41]和Pan等[42-45]构建了Ni/木材/Ni(图1)㊁木材/Cu⁃Fe3O4@Graphene/Ni㊁Cu⁃Ni多层木基复合材料,在300kHz 3GHz,SE值达到90dB以上㊂通过不断深入地研究,木基化学镀屏蔽材料也朝多功能的方向前进㊂Xing等[46]将微米级别的铜颗粒镀到木材表面,不仅获得良好的电磁屏蔽能力,还具有自清洁性能和超疏水性能㊂化学镀法可获得优异电磁屏蔽性能,且不受材料形状及大小限制,在复杂木材表面也能形成导电层;然而化学镀所用溶液稳定性差,且镀层易脱落㊂61㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展图1㊀Ni/木材/Ni复合材料屏蔽机理示意图Fig.1㊀ShieldingmechanismofNi/wood/Nicomposite2.1.2㊀磁控溅射磁控溅射是一种物理气相沉积技术㊂常德龙等[47-48]发现在磁控溅射镀膜前用异佛尔酮二异氰酸酯的MF3型异氰酸酯树脂封闭能提升镀膜质量,设置磁控溅射镀膜参数为真空度10-2 10-4MPa㊁靶材温度200ħ㊁溅射时间100s,能够在木材表面形成连续且稳定的金属薄膜镀层㊂该木基屏蔽材料在30MHz 1.5GHz频段的SE值大于30dB㊂磁控溅射技术具有操作简单㊁控制方便㊁镀膜稳定性高等优点,但是磁控溅射设备昂贵,且样品尺寸受限㊂2.1.3㊀其他涂层型除镀层型木基电磁屏蔽材料外,还有喷涂㊁刷涂方式的涂层型木基电磁屏蔽材料㊂Cheng等[49]在透明木材基材上喷涂纳米银线/MXene复合材料来构建三明治复合材料,发现该材料不仅具有良好的电磁屏蔽性能,而且在可见光范围内表现出28.8%的最大透光率㊂Wei等[28-29,50]系统地研究了3种涂覆方法(真空辅助浸渍㊁喷涂和刷涂)对MXene/Wood复合材料电磁屏蔽性能的影响(图2),结果表明,刷涂法能够提供一个平坦且连续的MXene层,因此在MXene沉积量较少时就能形成有效的导电网络㊂当MXene的沉积量为1.41mg/cm2时,该复合材料的SE值为40.5dB(X波段)㊂表面涂覆方法操作简便,对样品大小㊁设备要求低,但是涂层与木材基材的结合强度还有待提高㊂图2㊀涂覆方式对MXene/木材复合材料性能的影响Fig.2㊀EffectsofcoatingmethodsontheMXene/woodcomposites2.2㊀填充型木基屏蔽材料原位聚合方法是制作填充型木基屏蔽材料的有效技术手段㊂He等[51]在木材中原位聚合导电聚苯胺,通过改变掺杂剂的浓度,木材/聚苯胺复合材料的电导率为2.57ˑ10-5 9.53ˑ10-3S/cm,其SE值为30 60dB(10MHz 1.5GHz)㊂在未处理的木材上较难均匀填充导电材料,脱木素处理可使木材的纤维素纤维暴露出来,有利于导电材料的均匀交联复合㊂Chen等[52]在脱木素处理后的木材中原位聚合聚苯胺,电导率可达0.22S/cm,是未进行脱木素处理的23倍㊂Gan等[30]先脱木素再原位聚合聚吡咯(图3),木材通道被一层相互连接的71林业工程学报第9卷聚吡咯紧密地包裹,电导率高达0.39S/cm,在X波段的SE值为58dB㊂真空加压浸渍也可以改善木材中导电组分的分布,例如MXene㊁碳纳米管等[53-57]㊂Zhu等[55]将木材气凝胶真空加压浸渍于MXene溶液中,经脱木素㊁浸渍MXene㊁热压机致密化处理所得的MX⁃ene/木材复合膜的SE可达72dB,还显示出卓越的阻燃性能和自熄效应[56]㊂木基气凝胶或者薄膜材料可应用于传感器和可穿戴设备等方面[53],拓展了木材的使用范围㊂填充型木质电磁屏蔽材料具有良好的稳定性和耐久性,但由于导电材料难以在木材内部均匀沉积,往往需要和脱木素或者碳化法结合使用,因此制备过程较为复杂㊂图3㊀木材/聚吡咯复合材料Fig.3㊀Wood/polypyrrolecompositesmaterials2.3㊀碳化型木基屏蔽材料2.3.1㊀碳化木木材在惰性气体中碳化后可获得导电性,同时保留分层多孔结构,有利于电磁波的多次反射,碳化木在电磁屏蔽领域具有竞争力㊂Zhao等[32]发现碳化木的屏蔽性能具有各向异性,在横切面和弦切面的SE值分别为54.9和46.4dB(K波段)㊂除此之外,碳化木的孔径结构和角度取向也会影响电磁屏蔽性能㊂Dai等[34-35]通过改变木材的压缩率得到不同孔径的碳化木,压缩率为40%的碳化木在K波段显示出卓越的电磁屏蔽效果,最高可达71.69dB㊂其电磁屏蔽机理如图4a所示,当碳化木的纹理方向与入射电磁波电场方向的夹角由90ʎ(垂直)转向0ʎ(平行)时,平均SE值从29dB升高到77dB(图4b)㊂该研究为通过结构实现电磁屏蔽性能的实时调控提供灵感㊂2.3.2㊀碳化木/导电组分复合材料将碳化木与导电材料(MXene㊁CNT㊁V2AlC等)复合能够进一步提升导电性能和电磁屏蔽性能㊂Yuan等[58]将碳化木浸泡在纳米银线溶液中得到WCM@N⁃G@AgNWs,其在X波段的SE值超过60dB㊂Liang等[33]在碳化木的多孔结构中填充a)不同孔径碳化木的电磁屏蔽机理;b)具有不同电场⁃木纹夹角的碳化木电磁屏蔽示意图㊂图4㊀电磁屏蔽机理Fig.4㊀EMIshieldingmechanismMXene气凝胶,在0.197g/cm3的密度下SE值高达71.3dB(X波段)㊂Zheng等[59]在聚多巴胺涂覆的脱木素基材上原位引入银纳米粒子,然后在850/1200ħ下进行碳化,最后嵌入环氧树脂基体中,导电聚多巴胺和银纳米粒子的引入使得X波段的电磁屏蔽性能大幅提升㊂Huang等[60]以碳化木材(CW)为模板制备V2AlC@CW,当太赫兹波(0.6 1.6THz)传输到V2AlC@CW的表面时,高电子密度的V2AlC涂层可反射太赫兹波,SE值可达55dB㊂此外,CW和V2AlC可以诱发有效的界面极化,从而增强太赫兹波的损耗能力,剩余的太赫兹波则在通道中内部反射而进一步耗散㊂2.3.3㊀碳化木/磁性组分复合材料磁性粒子(Ni㊁Fe2O3㊁Co等)和碳化木复合能够提升碳化木复合材料的石墨化程度,从而提升其电导率㊂Zheng等[61]和Cheng等[62]制备Ni/碳化木和Ni@NCNT/碳化木,在X波段中的SE值分别为50.8和73.7dB㊂Zhao等[63]在碳化木骨架上进行镍离子还原和碳纳米管原位生长,构建磁性泡沫CW@Ni@CNTs,屏蔽机制以吸收为主,该磁性碳泡沫的屏蔽性能可以通过应用电压来调节,此设计推动了电压驱动方式的探索㊂Li等[64]通过原位微波辅助热解的方法,得到磁性氧化铁(γ⁃Fe2O3)纳米颗粒/多孔碳(PC)复合材料,γ⁃Fe2O3/PC在X波段的SE值为44.80dB㊂Ma等[65]在木材上原位生长ZIF⁃67,然后在1000ħ下进行碳化,以制备Co/C@WC复合材料,其在X波段下的SE值为43.2dB,此外还表现出隔音㊁耐温和良好的机械性能㊂81㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展2.3.4㊀其他碳化木复合材料碳化木还能制备成薄膜材料,增加其应用范围㊂超薄木片经压缩㊁碳化㊁原位生长ZIF⁃8后可得到具有密集层状网络结构的导电碳化木膜,该材料在X波段的平均SE值为46dB,并且表现出优异的焦耳热性能[66]㊂碳化木还可作为导电组分填充入高分子基材中㊂Shen等[67]将1200ħ处理的碳化木加入环氧树脂基材,当厚度为2mm时,在X波段的平均SE值为27.8dB㊂Zhou等[68]将石蜡和碳化木结合,在X波段的SE值为24.4dB㊂得益于良好的导电性,碳化型木基屏蔽材料具有宽频波段的优异屏蔽性能,然而屏蔽机理以反射为主;此外,碳化后木材的强度降低,且制备过程需要较高的温度,成本较高㊂3㊀木基电磁波吸收材料3.1㊀介电损耗型木基吸波材料介电损耗型木基吸波材料的吸波性能主要由电导率决定,同时还需提高阻抗匹配,使电磁波可以入射到材料内部㊂Zhu等[55]制备的MXene/Wood气凝胶在垂直于木材生长方向表现出电磁波吸收特性,由于MXene(Ti3C2TX)与自由空间之间合适的阻抗匹配和较强的电磁波耗散能力,MXene负载浓度的增加有利于拓宽吸收带宽,当负载质量浓度为6mg/mL时,有效吸收带宽覆盖整个X波段㊂导电材料的负载量和碳化温度都可以调控电导率㊂Xi等[4]基于天然杉木设计多孔碳化木,通过碳化温度的优化使得吸波性能最大化㊂当碳化温度为680ħ时,其RLmin值达到68.3dB,有效吸收带宽为6.13GHz㊂3.2㊀磁损耗型木基吸波材料磁性材料填充主要用于电磁波的吸收,磁性粒子和木材的耦合能引发磁性相关的极化,有助于增加电磁波的吸收损耗㊂其吸波性能与填充的磁性粒子大小㊁排布方式㊁负载量等因素有关㊂Lou等[31]通过真空加压浸渍的方法在木材上原位合成Fe3O4纳米粒子来制备磁性木材,RLmin为-64.26dB,有效吸收带宽为5.20GHz㊂Xu等[69]将磁性Fe3O4/ZIF⁃67粒子嵌入木基气凝胶中,合成一种轻型可压缩的木基吸波材料,RLmin为-23.4dB,有效吸收带宽为3.50GHz㊂3.3㊀介电损耗和磁损耗结合型木基吸波材料面对日益复杂的电磁环境,单一吸收机制的吸波材料不能满足高性能吸波材料的要求,吸波材料的研究热点趋向多吸收机制结合㊂导电的碳化木可提供介电损耗,磁损耗则来源于填充的磁性粒子㊂Dong等[70]和Hu等[71]在碳化木上原位生成MnO纳米棒,归因于碳化木和MnO纳米棒之间的协同效应以及分级结构,该复合材料在10.4GHz时的RLmin为-51.6dB,有效吸收带宽为14.2GHz㊂碳化木与磁性材料(如Fe/Co[72-73]㊁Ni/Co[74])多元耦合还可以制造界面缺陷,增加界面极化㊁偶极化和磁损耗等,进一步吸收入射电磁波㊂复合材料的结构设计也是提高电磁波吸收的途径㊂Xiong等[72]以碳化木的平行通道为 果皮 ,MOF衍生的纳米笼作为 果肉组织 ,嵌入纳米笼的FeCo纳米合金作为 种子 ,制备类似番茄的分层多孔结构FeCo/C@WC(图5)㊂微孔碳化木和碳纳米笼使复合材料具有优良的分层介电耦合网络,同时,均匀分散的FeCo纳米颗粒增强了对碳质基底的磁损耗,提高了阻抗匹配㊂图5㊀番茄状分层多孔的FeCo/C@WCFig.5㊀Tomato⁃likelayeredporousFeCo/C@WC木基电磁波吸收材料的吸波性能主要取决于填充的导电㊁导磁材料性质和负载量,碳化木可以作为载体材料和各种新型纳米吸波粒子复合㊂如果碳化温度或导电性太高,会导致阻抗失配,因此碳化温度需要控制在一定范围内㊂4㊀木基电磁屏蔽/吸收材料的发展趋势㊀㊀面对日益严重的电磁污染问题,亟须探索轻质㊁可再生的电磁屏蔽/吸波材料㊂木材不仅资源丰富,还具有独特的分层多孔结构㊂将木材作为基材,通过和导电㊁导磁材料耦合,复合结构设计等手段制造木基电磁屏蔽/吸波材料,可为构建绿色电磁屏蔽材料提供有效途径㊂根据研究现状,对木基电磁屏蔽/吸波材料的未来研究展望如下:1)与导电组分复合制备的木基屏蔽材料性能优异,但高电导率导致阻抗失配使得电磁波以反射为主,从而造成电磁波的二次污染㊂因此,需深入91林业工程学报第9卷研究微观结构对屏蔽性能的影响机理,从追求高电导率转为通过结构的优化提高阻抗匹配和屏蔽性能㊂2)当前,5G通信主要在微波频段(3 26.5GHz),未来6G通信将会进入太赫兹频段(95GHz 3THz)㊂针对不同频段的通信技术和日益复杂的电子设备,为满足下一代电磁防护的要求,亟须发展高频率和宽频段覆盖的木基电磁屏蔽/吸波材料㊂3)为满足未来复杂的应用场景,还应研究木基电磁屏蔽/吸波材料对环境的适应性,例如环境稳定性㊁耐低/高温性能㊁阻燃性等;同时开发更多功能,拓宽木基电磁屏蔽材料的应用前景,如在散热器㊁电热转化器㊁传感器等不同领域的应用㊂参考文献(References):[1]JALALIM,DAUTERSTEDTS,MICHAUDA,etal.Electro⁃magneticshieldingofpolymer⁃matrixcompositeswithmetallicnanoparticles[J].CompositesPartB:Engineering,2011,42(6):1420-1426.DOI:10.1016/j.compositesb.2011.05.018.[2]LIUJ,ZHANGHB,SUNRH,etal.Hydrophobic,flexible,andlightweightMXenefoamsforhigh⁃performanceelectromagnetic-interferenceshielding[J].AdvancedMaterials,2017,29(38):1702367.DOI:10.1002/adma.201702367.[3]SHAHZADF,ALHABEBM,HATTERCB,etal.Electromag⁃neticinterferenceshieldingwith2Dtransitionmetalcarbides(MXenes)[J].Science,2016,353(6304):1137-1140.DOI:10.1126/science.aag2421.[4]XIJB,ZHOUEZ,LIUYJ,etal.Wood⁃basedstraightwaychannelstructureforhighperformancemicrowaveabsorption[J].Carbon,2017,124:492-498.DOI:10.1016/j.carbon.2017.07.088.[5]ZENGZH,WANGCX,SIQUEIRAG,etal.Nanocellulose⁃MXenebiomimeticaerogelswithorientation⁃tunableelectromagneticinterferenceshieldingperformance[J].AdvancedScience,2020,7(15):2000979.DOI:10.1002/advs.202000979.[6]ZHANGYL,RUANKP,ZHOUK,etal.ControlleddistributedTi3C2Txhollowmicrospheresonthermallyconductivepolyimidecompositefilmsforexcellentelectromagneticinterferenceshielding[J].AdvancedMaterials,2023,35(16):2211642.DOI:10.1002/adma.202211642.[7]ZHUHL,LUOW,CIESIELSKIPN,etal.Wood⁃derivedma⁃terialsforgreenelectronics,biologicaldevices,andenergyappli⁃cations[J].ChemicalReviews,2016,116(16):9305-9374.DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00225.[8]CHENCJ,KUANGYD,ZHUSZ,etal.Structure⁃property⁃functionrelationshipsofnaturalandengineeredwood[J].NatureReviewsMaterials,2020,5(9):642-666.DOI:10.1038/s41578-020-0195-z.[9]IQBALA,KWONJ,KIMMK,etal.MXenesforelectromagneticinterferenceshielding:experimentalandtheoreticalperspectives[J].MaterialsTodayAdvances,2021,9:100124.DOI:10.1016/j.mtadv.2020.100124.[10]李小晴,江文正,李文珠,等.炭含量对竹炭/高密度聚乙烯复合材料电磁屏蔽和力学性能的影响[J].林业工程学报,2022,7(1):130-136.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202104045.LIXQ,JIANGWZ,LIWZ,etal.Effectofcarboncontentonshieldingandmechanicalpropertiesofbamboocharcoal/HDPEcomposites[J].JournalofForestryEngineering,2022,7(1):130-136.[11]赵福辰.电磁屏蔽材料的发展现状[J].材料开发与应用,2001,16(5):29-33.DOI:10.19515/j.cnki.1003-1545.2001.05.009.ZHAOFC.Developmentofelectromagneticshieldingmaterials[J].DevelopmentandApplicationofMaterials,2001,16(5):29-33.[12]娄志超,孙晋强,陆弘毅,等.浸渍法制备磁性木材的磁性和电磁波吸收性能[J].林业工程学报,2017,2(4):24-29.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.2017.04.004.LOUZC,SUNJQ,LUHY,etal.Fabricationofmagneticwoodanditsmagneticandelectromagneticwaveabsorptionprop⁃erties[J].JournalofForestryEngineering,2017,2(4):24-29.[13]雷海,朱震庭,潘璐,等.三维多孔电磁屏蔽材料研究进展[J].化工新型材料,2023,51(2):20-23.DOI:10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2023.02.005.LEIH,ZHUZT,PANL,etal.Researchprogressonthree⁃di⁃mensionalporouselectromagneticshieldingmaterials[J].NewChemicalMaterials,2023,51(2):20-23.[14]XIEPT,LIHY,HEB,etal.Bio⁃gelderivednickel/carbonnanocompositeswithenhancedmicrowaveabsorption[J].JournalofMaterialsChemistryC,2018,6(32):8812-8822.DOI:10.1039/C8TC02127A.[15]HEGH,DUANYP,PANGHF.Microwaveabsorptionofcrys⁃tallineFe/MnO@Cnanocapsulesembeddedinamorphouscarbon[J].Nano⁃MicroLetters,2020,12(1):57.DOI:10.1007/s40820-020-0388-4.[16]HOUTQ,JIAZR,DONGYH,etal.Layered3Dstructurede⁃rivedfromMXene/magneticcarbonnanotubesforultra⁃broadbandelectromagneticwaveabsorption[J].ChemicalEngineeringJour⁃nal,2022,431:133919.DOI:10.1016/j.cej.2021.133919.[17]SHURW,WUY,ZHANGJB,etal.Facilesynthesisofnitro⁃gen⁃dopedcobalt/cobaltoxide/carbon/reducedgrapheneoxidenanocompositesforelectromagneticwaveabsorption[J].CompositesPartB:Engineering,2020,193:108027.DOI:10.1016/j.compositesb.2020.108027.[18]JIACL,ONODAS,NAGAOSAN,etal.Bondelectronicpolar⁃izationinducedbyspin[J].PhysicalReviewB,2006,74(22):224444.DOI:10.1103/physrevb.74.224444.[19]HUANGJJ,ZHANGY,MAT,etal.Correlationbetweendie⁃lectricbreakdownstrengthandinterfacepolarizationinBariumstrontiumtitanateglassceramics[J].AppliedPhysicsLetters,2010,96(4):042902.DOI:10.1063/1.3293456.[20]LVHL,JIGB,LIANGXH,etal.Anovelrod⁃likeMnO2@Feloadingongraphenegivingexcellentelectromagneticabsorptionproperties[J].JournalofMaterialsChemistryC,2015,3(19):5056-5064.DOI:10.1039/C5TC00525F.[21]JIAK,ZHAOR,ZHONGJC,etal.PreparationandmicrowaveabsorptionpropertiesofloosenanoscaleFe3O4spheres[J].JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2010,322(15):2167-2171.DOI:10.1016/j.jmmm.2010.02.003.[22]WANGZZ,ZOUJP,DINGZH,etal.MagneticandmicrowaveabsorptionpropertiesofNimicrocrystalswithhierarchi⁃calbranch⁃likeandflowers⁃likeshapes[J].MaterialsChemistryandPhysics,2013,142(1):119-123.DOI:10.1016/j.matchemphys.2013.07.003.[23]LVHL,YANGZH,PANHG,etal.Electromagneticabsorp⁃02㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展tionmaterials:currentprogressandnewfrontiers[J].ProgressinMaterialsScience,2022,127:100946.DOI:10.1016/j.pmatsci.2022.100946.[24]PANGH,PANGWH,ZHANGB,etal.Excellentmicrowaveabsorptionpropertiesoftheh⁃BN⁃GO⁃Fe3O4ternarycomposite[J].JournalofMaterialsChemistryC,2018,6(43):11722-11730.DOI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摘要:随着电子产品的广泛应用以及电磁环境污染的加重,对其电磁兼容性设计的要求也越来越高,作为电磁兼容设计的主要技术一屏蔽技术的研究也就越显得重要了。
从电磁屏蔽技术原理出发,讨论了屏蔽体结构、屏蔽技术分类、屏蔽材料的选择以及所要遵循的原则,在电子设备实施具体的电磁屏蔽时提供了重要的依据。
关键词:电磁屏蔽;屏蔽材料;屏蔽原则从屏蔽技术而言,电场屏蔽技术与磁场屏蔽技术,既有许多相同的技术手段,又有其本质的不同屏蔽技术。
因此,若要对电子产品进行有效的电磁屏蔽,就必须对电场屏蔽、磁场屏蔽进行分类分析,这样对电子设备(系统)的电磁兼容设计也就越显得十分重要。
1 屏蔽分类屏蔽是利用屏蔽体(具有特定性能的材料)阻止或衰减电磁骚扰能量的传输,是抑制电磁干扰的重要手段之一 J。
屏蔽有两个目的:限制内部辐射的电磁能量泄漏;防止外来的辐射干扰进入。
根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下三大类。
1.1 电场屏蔽电场屏蔽主要是为了防止电子元器件或设备间的电容耦合,它采用金属屏蔽层包封电子元器件或设备,其屏蔽体采用良导体制作并有良好的接地,这样就把电场终止于导体表面,并通过地线中和导体表面上的感应电荷,从而防止由静电耦合产生的相互干扰。
电场屏蔽使金属导体内的仪器不受外部影响,也不会对外部电场产生影响,主要是为了消除回路之间由于分布电容耦合而产生的干扰,静电屏蔽只能消除电容耦合,防止静电感应,屏蔽必须合理地接地。
在实际应用中,屏蔽措施经常科学地与接地相互结合才能更好地发挥作用。
1.2 磁场屏蔽磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。
磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内,从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入,为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场。
屏蔽体是用高导磁率材料,有效防止低频磁场的干扰。
其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的导磁系数,材料的磁导率愈高,磁阻愈小,屏蔽效果就愈显著。
磁场屏蔽又分为低频磁屏蔽和射频磁屏蔽。