电 磁 屏 蔽 玻 璃 性 能 分 析

周琳琳

（秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066004）

0 引言

随着生产技术水平的不断提高，电器和电子设备在工业生产、科学研究和医疗卫生等领域得到了越来越广泛的应用，在日常生活中也大量使用各种各样的电器与电子设备，如：电视、电脑和手机等娱乐设备，电磁炉、微波炉等厨房设备。电器与电子设备的使用都会产生电磁辐射，电磁辐射会造成信号干扰、信息泄露，甚至会威胁到人类的身心健康。电磁辐射污染已被世界公认为继水质污染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染，因此电磁屏蔽产品应运而生。电磁屏蔽产品已广泛应用于通信、IT、电力、医疗、银行、证券、政府、航天、航海、汽车、军队等民用和国防领域，其主要用于解决电子系统与电子设备间的电磁干扰，防止电磁信息泄漏和电磁辐射污染，有效保障仪器设备正常工作，保障机密信息的安全和工作人员的身体健康。

1 电磁屏蔽技术原理

屏蔽原理就是使两个空间区域之间电磁绝缘，消除电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。当一个设备向外释放电磁波时，采用屏蔽体将整个系统的干扰源包裹起来，防止干扰电磁波向外扩散；当需要屏蔽电磁波的是接收体时，需要用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。屏蔽体的屏蔽效能可用代表干扰场强通过屏蔽体所受到的衰减值SE来表示。屏蔽衰减值可按照以下测量方法来计算：

或：

式中：E1——无屏蔽材料情况下的模拟电场强度；

E2——有屏蔽材料情况下的模拟电场强度；

H1——无屏蔽材料情况下的模拟磁场强度；

H2——有屏蔽材料情况下的模拟磁场强度。

从式（1）中可以看出，屏蔽衰减值越大，屏蔽效果越好。

2 电磁屏蔽玻璃技术原理

电磁屏蔽玻璃的原理主要是电磁波到达屏蔽玻璃时产生反射和吸收。电磁波到达屏蔽玻璃表面时产生的能量反射主要是由于介质（空气）与金属的波阻抗不一致引起的，二者相差越大，反射引起的损耗越大。而反射和频率有关，频率越低，反射越好。电磁波穿透屏蔽玻璃时的能量吸收损耗主要由涡流引起，涡流可产生反磁场来抵消原磁场或产生热损耗，频率越高，屏蔽体越厚，涡流损耗也越大，屏蔽性能越好。在实际情况中经常遇到的不是完整的屏蔽，而是存在孔洞、缝隙等的不完全屏蔽。因此，考虑在夹层玻璃中夹入金属丝网或者在玻璃表面镀金属膜层来起到屏蔽作用，弥补屏蔽的不完整性，提高屏蔽效能。

3 电磁屏蔽玻璃分类

按电磁屏蔽机制，电磁屏蔽材料可分为3种：反射损耗为主、吸收损耗为主、反射损耗和吸收损耗相结合。目前的电磁屏蔽玻璃产品大多是以反射电磁损耗为途径来降低电磁辐射。按屏蔽材料的制备与存在形态可分为涂敷型和结构复合型。涂敷型是在玻璃表面涂敷上一层屏蔽膜层，通过反射或吸收电磁损耗来降低透过玻璃的电磁波。结构复合型是通过有机粘合剂将屏蔽丝网或者屏蔽膜粘接在两层或多层玻璃中间，通过反射或吸收电磁损耗起到屏蔽作用。

电磁屏蔽玻璃主要有两种：丝网夹芯型电磁屏蔽玻璃和镀膜型电磁屏蔽玻璃。

3.1 丝网夹芯型电磁屏蔽玻璃

丝网夹芯型电磁屏蔽玻璃是采用涂敷型和结构复合型相结合的产品，其是在双层玻璃中间夹衬屏蔽层，目前一般是通过夹衬屏蔽丝网来达到屏蔽效果的。屏蔽丝网大多采用铜或不锈钢材质，一般情况下，铜材质的电磁屏蔽丝网在高频电磁波下的屏蔽效能比较好，但在低频电磁波下效果不明显，而且在长时间存放的情况下，铜网容易生锈，会影响其屏蔽性能，而采用不锈钢材质电磁屏蔽丝网的屏蔽玻璃，其电磁屏蔽效果更加显著。 丝网的目数决定屏蔽玻璃的透光度和屏蔽效能，目数越高，对电磁波的反射越多，屏蔽效能越好，透光度越低。首先要根据产品的性能要求，确定满足透光要求的丝网目数，通过对不锈钢丝网进行涂镀处理，采用化学镀在丝网表面涂镀化学试剂，令丝网表面失去光泽，降低光的反射，或者用电镀法将金属镍或金属铜等材料镀覆到丝网的表面。在保证透光率的前提下，提高屏蔽丝网的导电、导磁性，并将金属丝网的可见光反射性减弱或消除，从而提升屏蔽层的效能。

用100目屏蔽丝网制成的屏蔽玻璃的屏蔽性能≥40 dB，透光率在70%左右；用250目屏蔽丝网制成的屏蔽玻璃的屏蔽性能≥60 dB，透光率在40%左右。这种丝网夹芯型屏蔽玻璃能将99%以上的电磁波阻挡在室外，使透过该屏蔽玻璃所观察的各种图形（包括动态色彩图像）不失真，具有高保真、高清晰的特点，并且对玻璃基体没有特殊要求，包括有机玻璃、高铝玻璃、高硼硅玻璃等在内的各种玻璃都适用。该屏蔽玻璃同时还具有安全玻璃的特性，当其破裂时，碎片会残留在夹层内部，玻璃只出现裂纹而不会四处溅出玻璃碎片，适用于各种需要的场合。由于目前生产的屏蔽丝网宽度一般为1.2 m左右，这种丝网夹芯型屏蔽玻璃在宽度方面有一定的局限性。某丝网夹芯型屏蔽玻璃的屏蔽效能见表1。

表1 某丝网夹芯型屏蔽玻璃的屏蔽效能

3.2 镀膜型屏蔽玻璃

镀膜型屏蔽玻璃通过生产方式可分为两种：

（1）一种是在透明聚酯薄膜表面通过喷涂法涂镀一层或几层具有导电导磁性能的材料，如锌、铝、铜等金属，然后将这种屏蔽膜夹在两块玻璃中，通过胶片胶合而成。这种屏蔽玻璃通过屏蔽膜对电磁波的反射来实现电磁屏蔽的作用，该屏蔽玻璃也是涂敷型和结构复合型相结合的产品，其屏蔽效能见表2。

表2 镀屏蔽膜层的屏蔽玻璃的屏蔽效能

（2）另一种镀膜型屏蔽玻璃是在钢化玻璃或普通玻璃表面涂镀一层或几层具有导电性能的材料（如Ag、ITO氧化铟锡等金属或金属氧化物），通过物理（如磁控溅射、PVD）或化学（如化学气相沉积CVD、溶胶-凝胶等）的方法在玻璃表面生成屏蔽膜层，为涂敷型产品，是通过屏蔽膜的反射来实现电磁屏蔽的作用，而且跟丝网夹芯型电磁屏蔽玻璃一样，透光率和屏蔽效能成反比，见式（2）：

式中：R——面电阻率，

r——为电阻，

d——膜层的厚度。

当电流一定时，电阻率和电场强度成正比。膜层d越厚，面电阻率R越小，通过它的电场强度E2就越小，屏蔽衰减SE就越大，屏蔽性能越好。涂镀的屏蔽膜层越厚，屏蔽性能越好，透光率越差；反之，涂镀的屏蔽膜层越薄，屏蔽性能越差，透光率越好。

镀膜玻璃普遍以镀银为主，分为单银、双银和三银玻璃。三银镀膜屏蔽玻璃的屏蔽性能在某波段最高可达35 dB，但是透光性极差。目前镀膜玻璃大多选择单银，仅适用于高透光率且对屏蔽效能只有普通要求的场合，缺点是金属层和基体之间结合不牢，膜层易脱落。

为了兼顾透光率和屏蔽性能的要求，可以将一部分的屏蔽膜层去掉，这样就涉及到采用激光雕刻的方法。激光雕刻是以数控技术为基础，激光为加工媒介，将想要去除的涂镀在玻璃表面的部分屏蔽膜层在激光雕刻照射下瞬间熔化和气化，与材料表面没有接触，不受机械运动影响，表面不会变形。通过磁控溅射在玻璃基体上镀上一层或几层屏蔽膜，然后根据屏蔽性能和透光度的要求计算，应用某种固定图形采用激光雕刻机对玻璃表面进行加工，得到满足要求的屏蔽玻璃。这种电磁屏蔽玻璃表面光滑，没有刻痕。

4 发展趋势

现在信息化战争愈演愈烈，对信息的保护愈来愈强，单靠反射电磁波已达不到保密要求，因为反射的电磁波有可能被对方抓住重要信息，这就要求玻璃有一定的吸收电磁衰减性能。

目前，正在研发一种反射与吸收损耗相结合的产品，是将高分子导电涂料与有机物结合，制作成一种粘结剂。这种高分子导电涂料是由高分子聚合物（如丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯和乙烯基树脂等）、稀释剂、添加剂以及导电性填料组成，把导电微粒如金属粉末金、银、铜、镍等和非金属粉末碳、石墨、云母片等掺入到高分子聚合物中， 并使其具有导电性。其导电机理复杂，导电效果与填料种类以及填料在聚合物中的分散程度有关。然后将这种导电有机物与玻璃基体进行胶合，从而制备屏蔽玻璃产品。

还有一种电磁屏蔽玻璃是以吸收电磁波为主。吸收是指利用特定的吸收材料将电磁辐射能量吸收掉以降低其辐射强度，吸收材料主要是电的良导体和较强的铁电性材料，基本上是采用纳米级的铁氧体材料涂镀在玻璃上制成的。吸收材料将大部分或全部机密信息信号吸收掉，使他方不能完全获得机密商业信息。

电磁屏蔽与多功能玻璃（电加温、防弹、隔音、中空玻璃等）复合使用，也是今后玻璃的发展趋势。

5 结语

随着电子技术和设备的进一步发展，电磁泄漏和电磁辐射的问题会更加凸显。为了防止电磁干扰，适应高新技术武器装备和电子技术、设备的发展要求，防电磁泄露、防泄密、防电磁辐射的问题会备受关注。在今后的发展中，电磁屏蔽玻璃必将有一个更加广阔的应用前景。