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電子電氣設備不可少:電磁屏蔽吸波功能材料,中國化工網,okmart.com
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電子電氣設備不可少:電磁屏蔽吸波功能材料
2022年04月02日    閱讀量:     新聞來源:中國化工網 okmart.com  |  投稿

引言:據估計全世界電子電氣設備由于電磁干擾(EMI)發生故障,每年造成的經濟損失高達5億美元??茖W研究證實,人長期處于電磁波輻射環境中將嚴重損害身心健康。世界上一些發達國家先后制定了電磁輻射的標準和規定,如美國聯邦通訊委員會制定了抗電磁干擾法規(TGG法)和“Tempest”技術標準,其中“TGG”規定大于“1000Hz”的電子裝置要求屏蔽保護,并持EMI/FRI合格證才允許投放市場中國化工網okmart.com。


隨著電子產品越來越多地采用低功耗、高速度、高集成度的電路,而使得這些裝置比以往任何時候更容易受到電磁干擾的威脅。而與此同時,大功率家電及辦公自動化設備的增多,以及移動通信、無線網絡的廣泛應用等,又大大增加了電磁干擾源。采用一定的技術手段,使同一電磁環境中的各種電子、電氣設備都能正常工作,并且不干擾其它設備的正常工作,這就是電磁兼容(EMC)。

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機械化到電子化(從傳統內燃機驅動到電驅動),汽車電磁干擾的影響及危害隨著汽車電子化程度不斷提高,電磁干擾的影響也越來越嚴重,汽車本身產生的電磁干擾頻率范圍較寬,為0.15~1000MHz,輻射范圍為周圍數百米遠,而移動通信的頻率恰好在此頻率范圍內。因此,汽車電磁干擾能夠影響車內及其附近的移動通信和其他無線電裝置,使其無法正常工作。


消除電磁干擾和防護電磁輻射可以通過電磁波的反射與吸收兩個手段。反射損耗過程主要通過對電磁波的反射來達到屏蔽的目的,有效的反射屏蔽需要材料能反射大部分入射電磁波。對電導率高的介質如銀、銅等材料,在介質表面形成的連續導電通路會對電磁波形成有效的反射損耗,反射屏蔽起主要作用;對于磁導率高的介質如鐵和磁鋼等材料,吸收屏蔽起主要作用。通過反射損耗進行電磁屏蔽時,會產生一系列實際應用問題,如反射出去的電磁波對外界電子器件及器件內部的正常工作帶來影響,產生二次電磁波輻射干擾。

根據電磁波理論及材料與電磁波的交互作用原理,更有效的方法是增強屏蔽材料對電磁波的吸收效能,使電磁輻射能量盡可能地損失在材料內部,減少對周圍器件的干擾。也正是因為這些問題的存在,吸波材料有了用武之地。

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#屏蔽#是利用屏蔽體阻止或減小電磁能量傳輸的一種措施,具有較高導電、導磁性能的材料可作為電磁屏蔽材料。常用的屏蔽材料有金屬電磁屏蔽材料、導電高分子材料、纖維織物類復合材料。


#吸波材料#是指能把投射到它表面的電磁波能量吸收并轉化為機械能、電能、熱能或其他形式的能量的一種材料。吸波材料一般由基體材料(粘接劑)與吸收介質(吸收劑)復合而成。


吸波材料一般由基體材料和吸收介質復合而成,能將投射到它表面的電磁波能量吸收,并通過材料的介質損耗使電磁波能量轉化成為熱能或其他形式的能量。好的吸波材料具有質輕、耐溫、耐濕和抗腐蝕等性能,現今電子零件輕薄短小趨勢,其吸波材料發展也朝向“材料薄、重量輕、頻段寬、強度強”等。吸波材料一般由基體材料(或粘接劑)與吸收介質(吸收劑)復合而成。

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吸波材料特性:

最大限度地使入射電磁波進入到吸波材料內部,從而減少電磁波的直接反射。


吸波材料對入射電磁波能產生有效吸收或衰減,即產生電磁損耗,使電磁波能量轉化為熱能或其他形式能,從而使電磁波在介質中被最大限度地吸收。


吸波材料種類繁多,主流分類方式有如下幾種:①按材料耗損機理可分為電阻型,電介質型和磁介質型。碳化硅、石墨等屬于電阻型,電磁能主要衰減在電阻上;欽酸鋇之類屬于電介質型,其機理為依靠介質的電子極化、離子極化、分子極化或界面極化等馳豫、衰減、吸收電磁波;鐵氧體、超細金屬粉末、羰基鐵等屬于磁介質型,具有較高的磁損耗角正切,依靠磁滯損耗、疇壁共振和自然共振、后效損耗等磁極化機制衰減、吸收電磁波。②按吸波原理又可分為吸波型和干涉型。前者是材料本身對電磁波的吸收,后者是利用表層和底層兩列反射波相互干涉抵消。③按材料成型工藝和承載能力,可分為涂敷型和結構型。涂敷型是將粘結劑與金屬、合金粉末、鐵氧體、導電纖維等吸波劑混合后形成吸波涂層。


常見吸波劑

①磁性金屬微粉吸波材料

磁性金屬微粉是一類非常重要的電磁波吸收劑,主要指Fe、Co、Ni金屬單質及其合金微顆粒。金屬微粉具有較高的磁導率虛部及磁損耗角正切值,主要通過磁滯損耗、渦流損耗及自然共振損耗等機制吸收衰減電磁波。


目前常用的金屬微粉吸收劑有兩類:一類是羰基金屬粉,如羰基Fe粉、羰基Ni粉及羰基Co粉等,粒徑大多分布在0.5~20μm。另一類是磁性金屬超微粉,粒徑一般在20nm~1.5μm,可以采用蒸發、還原、有機醇鹽等方法得到。


球狀羰基鐵粉

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磁性金屬微粉吸收劑在使用中存在一些問題,如易氧化、耐腐蝕能力差、易產生屈服效應、密度較大、低頻段吸收性能差、單獨使用不能得到寬頻帶的吸波材料。因此,減小其粒徑,對其表面進行改性、摻雜、包覆或者纖維化是該類材料目前主要的發展方向。


②鐵氧體吸波材料

鐵氧體屬于雙復介電材料,既有亞鐵磁性又有介電特性,吸收電磁波的主要機制是介電性能的自極化效應和磁性能的磁滯損耗、疇壁共振及自然共振效應。根據晶體結構的不同,鐵氧體可分為尖晶石型、磁鉛石型和石榴石型,用作吸收劑的主要是尖晶石型和磁鉛石型。


雖然鐵氧體吸波材料具有吸收性能優異、成本低廉等優點,但因其密度大、高溫性能差、吸收頻帶窄等缺點也限制了它們的使用范圍。目前,人們對鐵氧體吸波材料的研究大多集中在納米化、摻雜處理、表面改性及與其他材料復合等方面。


③陶瓷吸波材料

陶瓷吸收劑大多屬于介電損耗型吸波材料,與磁性金屬微粉、鐵氧體等相比,除具有吸波效果外,還可以有效減弱紅外輻射,是制作多波段吸收劑的主要成分之一。此外,它們還具有密度小、介電常數隨燒結溫度不同有較大變化范圍等特性,因此可通過控制制備條件對顯微結構和電磁參數進行調控,進而獲得性能優異的吸波材料。目前國內外研發的陶瓷吸波材料主要包括碳化硅、氮化硅、氧化鋁、硼硅酸鋁及鈦酸鋇等,其中關注度較高的當屬SiC,但常規制備的SiC粉體吸波性能較低,必須經過摻雜處理才能獲得滿意的吸波效果


④納米吸波材料

納米吸收劑是一種納米級的新型功能材料,不僅磁損耗大,而且兼具吸波、透波、偏振等多種功能,可以與結構材料或涂層材料相融合,兼備吸收強、頻帶寬、兼容性好等優點,因此也是一種非常有發展前途的吸波材料。目前國內外研究的納米吸收劑主要集中在納米金屬與合金吸收劑、納米氧化物吸收劑、納米陶瓷吸收劑、納米導電聚合物和納米金屬與絕緣介質復合吸收劑等方面。


⑤輕質碳基吸波材料

碳基電磁波屏蔽材料具有質量輕、耐腐蝕和易加工等優點,電子設備的便攜式柔性化發展對輕質碳基吸波材料提出了更多的應用需求。碳基吸波材料包括碳纖維/聚合物復合材料、碳納米管/聚合物復合材料、石墨烯/聚合物復合材料、碳納米管/金屬復合材料、石墨烯/金屬復合材料、多元碳基材料等。


其中,石墨烯吸波材料具備較多的導電通道,通過多重反射損耗和吸收損耗,有效屏蔽電磁波。石墨烯吸波材料合成方法包括還原氧化石墨烯法、液相剝離法、化學氣相沉積法等。為提高材料的吸波性能,材料設計人員通過制備少層石墨烯(FLG),利用有效的導電網絡提高了其吸波性能.


⑥導電聚合物吸波材料

導電聚合物具有密度小、易加工、成本低、易大面積涂敷、結構多樣等特點,作為吸波材料可以使產品質量大幅度降低。導電聚合物具有電子共軛體系,其電導率能夠在絕緣體、半導體和金屬范圍內變化,其電磁參數依賴于高聚物的主鏈結構、本征電導率、摻雜劑性質等因素,是一種理想的替代傳統金屬吸波材料的新型電磁屏蔽材料。


導電聚合物吸波材料分為本征型導電聚合物和復合型導電聚合物材料。聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等通過改性的本征型聚合物具有較高的介電損耗,能夠將電磁波產生的電能轉換成熱能,且易于通過化學反應來控制電導率和介電常數。復合型導電聚合物還包括金屬系導電復合材料、碳系導電復合材料和其他導電復合材料。通過在導電或不導電的聚合物基體中添加金屬、金屬氧化物或碳纖維能夠有效提高材料的吸波性能。


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