电磁屏蔽材料的研究进展

李豪杰

(重庆交通大学 重庆 400074)

一、引言

随着信息化和电子技术的快速发展，电磁辐射带来的污染问题在军事和民用等领域日益引起人们的重视。电磁辐射带来电磁干扰、信息泄露、以及危害人们身体健康。电磁屏蔽材料，是通过对电磁波的衰减和反射来起到防电磁污染的材料。电磁屏蔽材料根据基体有金属基、陶瓷基、聚合物基等不同种类。屏蔽材料的厚度、电导率和磁导率对电磁屏蔽效果有很大影响[1]。本文主要论述近电磁屏蔽机理及近几年来不同种类的电磁屏蔽材料的研究进展。

二、电磁屏蔽材料的屏蔽机理

电磁屏蔽是在电磁波传输过程利用单一或复合材料进行电磁波的反射或者衰减电磁[2]：在材料表面由于阻抗不匹配而反射(R)、在材料内部多重反射而衰减(B)及在材料内部吸收(A)。屏蔽材料的屏蔽性能由屏蔽效能(SE)来评定。

根据电磁屏蔽材料对电磁波的阻挡，可以将电磁屏蔽材料的屏蔽机理分为两类：电磁反射和电磁吸收[3]。

金属作为电磁屏蔽材料具备高的屏蔽效能和强度，但是其本身密度太高，且难以耐高温和腐蚀，在很大程度上限制了其发展和广泛应用。

三、电磁屏蔽复合材料的分类

(一)聚合物基电磁屏蔽材料

聚合物基屏蔽材料是由不具备屏蔽性能的聚合物基体或者导电性很差的基体复合高性能填料制备的。因此，填料的性质直接决定了屏蔽效能的高低，总的来说，填料导电可分为碳系导电(炭黑、石墨烯、碳纤维和纳米碳管)和吸波剂(铁氧体、金属微粉、钛酸钡、碳化硅、石墨烯、多晶铁纤维等)[4]。

(二)陶瓷基电磁屏蔽材料

陶瓷基复合材料广泛用于航空航天领域，具有高强度、耐高温、裂纹不敏感等特点，是一种理想的热结构材料。目前，陶瓷基复合材料主要是SiC基复合材料。碳纤维增强陶瓷基复合材料主要是通过引入碳纤维增改善陶瓷的密度、脆性和导电性，碳化硅本身是电阻型吸波材料，碳纤维的引入使得C/SiC复合材料有一定的抵抗电磁干扰的能力，但是屏蔽效能不是很高，近几年的研究主要是通过提高纤维的导电性或者基体导电性来提升复合材料的电导率，从而优化它的电磁屏蔽效能，但是总体屏蔽效能较聚合物类和金属类低。

(三)碳基电磁屏蔽材料

C/C复合材料电磁干扰屏蔽的机理是屏蔽体对电磁波的反射，电磁屏蔽效能的高值是由于非金属材料的表层深度很小所引起的反射，达到高的屏蔽效能；在C/C复合材料内部生长CNT对电磁屏蔽效能有很大提升，因为C/C内部的孔洞不仅为碳纳米管的生成和生长提供了空间，而且还改善了碳纳米管电磁屏蔽效能的特异性

(四)新型电磁屏蔽材料

除上述几类利用碳纤维的导电性的电磁屏蔽材料以外，其它一些添加纳米粒子的屏蔽材料、特殊的结构[1]和新的屏蔽机理也在研究之中。新型纳米复合材料对电磁波的屏蔽一般是通过纳米粒子自身的电磁效应和纳米颗粒之间的协同杂化效应来增加基体对电磁波的吸收或者反射，基体的厚度和形状也对这类复合材料的屏蔽效能有很大影响，如酚醛树脂碳泡沫这样的蜂窝状结构和气凝胶这样的大比表面有利于电磁波在屏蔽体内部的反射，使得屏蔽体可以捕获更多电磁波，提升屏蔽效能。

四、结语

从整体来看，屏蔽材料的发展方向和研究趋势必然朝着绿色健康、轻质高效、有效带宽、高性能的方向发展。

(1)电磁屏蔽材料应该朝着高性能化(航空航天等)和综合性能优越(民用、宽频)的方向发展；

(2)吸波填料(碳纳米管、石墨烯、铁氧体、稀土元素等)的研究和开发；

(3)纳米颗粒的杂化协同效应和多孔结构的相互作用的研究。