國內外對電磁屏蔽材料的研究現狀

點擊數：32172018-05-22 09:51:47　來源: 重慶哥爾摩科技有限公司、電波暗室、電磁兼容暗室、汽車電子暗室、EMI系統測試、EMS系統測試、EMC測試附件、EMC測試天線

    目前, 國外發達國家電磁屏蔽材料發展很快, 特別是美國、 英國、日本等已經形成生產各種類別和系列規格的屏蔽材料產業, 截至上世紀80 年代末, 美國生產屏蔽材料的公司就已超過25家, 年銷售額以每年50%的增長率增長。國內在電磁屏蔽材料領域相對落后, 開發應用的品種較少, 屏蔽性能低, 未能形成產品的系列化和產業化。研究較多限于頻率1GHz以上的屏蔽材料, 而10kHz ～ 1GHz范圍內屏蔽材料的研究起步較晚, 僅有少數研究單位進行研究, 至今國內使用的高檔屏蔽材料主要依靠國外進口。佳晨科技就在致力于研究高檔型屏蔽材料，而且取得了巨大的突破。

    按電磁屏蔽機制, 電磁屏蔽材料可分為3種:反射損耗為主, 吸收損耗為主, 反射損耗和吸收損耗相結合;按屏蔽材料的組成可分為鐵磁類、良導體類和復合類;按屏蔽材料制備與存在形態可分為涂敷型和結構復合型。目前主要有以下4種形式屏蔽材料:(1)高分子導電涂料;(2) 表面敷層型屏蔽材料; (3)纖維類復合材料;(4)發泡金屬類。

    1.高分子導電涂料

    電磁屏蔽導電涂料按導電機理和組成可以分為本征型和 摻合型, 屬于反射損耗為主或反射與吸收損耗相結合的材料。 目前研究較多的是摻合型導電涂料, 主要由高分子聚合物、稀 釋劑、添加劑以及導電性填料組成, 即把導電微粒如金屬粉末 金、銀、銅、鎳等和非金屬粉末碳、石墨、云母片等摻入到高分子 聚合物, 如丙烯酸樹脂、環氧樹脂、聚氨酯和乙烯基樹脂等, 并 使其具有導電性。摻合型導電機理比較復雜, 導電效果和填料 種類以及填料在聚合物中的分散程度有關。

    高分子導電涂料包括銀系、碳系、銅系、鎳系等。其中銀系導電涂料的導電性好而具有優良的屏蔽性能, 是開發和應用較早的品種之一, 但由于價格昂貴成本過高, 其主要應用在某些特殊的領域。碳系涂料密度小，成本低, 但導電性相對較差, 屏蔽效果不太理想, 一般用作防靜電涂層。銅系涂料的電阻率低導電性好, 但由于銅的密度較大易下沉, 在聚合物基體中分散不好, 同時存在抗氧化性能差和填料用量大等問題, 其應用在很長一段時期內受到限制。對于鎳系導電涂料, 目前研究表明: 由于鎳系涂料的價格適中, 氧化問題比銅輕, 因而成為當前歐美等國電磁屏蔽用涂料的主流, 但鎳的電導率較低, 其電磁參數(電導率、磁導率、介電常數等)隨頻率而變化, 在低頻區和高頻區的電磁屏蔽性能不理想, 因而在工程應用方面及屏蔽效能、物理性能、環境性能上還有不少問題亟待解決。采用微米鎳粉、氧化鋅晶須、SiC、鋯鈦酸鉛、N i - Zn 軟磁鐵氧 體作為填料, 制備出寬頻的高吸收低反射涂料, 在10kHz ～1GHz頻段SE達40dB。因電磁屏蔽涂料絕大多數均是溶劑型的, 它們將對環境會產生有害的影響, 因此電磁屏蔽涂料的水性化是導電涂料發展的一種必然趨勢。

    國際市場上有較多知名品牌如Acheson 公司的銅包銀 Elec trodag SP029和純銀SP031A等系列導電涂料, 在噴涂膜厚很薄(達0. 4m ils /10μm)的情況下仍具有極好的導電性。佳晨科技有限公司對整體復合電磁屏蔽涂料的應用基礎和層狀復合電磁屏蔽涂料的制備工藝與屏蔽機理進行了一些研究, 已成功研制出PB151型和PB152型復合電磁屏蔽涂料。經原電子工業部第四研究所(國家級電磁兼容檢測中心)測試, 在10kH z ～ 1GH z頻段, PB151型SE >40dB;PB152型SE >60dB, 涂料技術指標達到國外Tem pe st技術及我國“軍用電磁屏蔽涂料通 用規范”對電子設備的屏蔽要求, 具有良好的抗電磁波輻射及 屏蔽傳導干擾的功能。 導電聚苯胺復合材料是一種新型的屏蔽材料, 與金屬類屏 蔽材料相比, 具有易加工、質量輕、韌性好、電導率易于調節等 優勢, 廣泛涂覆于各種儀表或顯示窗口, 通過反射、吸收損耗達 到EMI屏蔽目的。將乳液聚合法制備的直徑約為5 ～ 20nm 的鹽酸摻雜聚苯胺(PAN HC l)和直徑為40 ～ 50nm 的DBSA摻雜的聚苯胺(PAN DBSA)與PVA水溶液共混, 混 合液澆鑄成膜, 制得了逾滲閾值僅為0. 1%的淺綠色、高透明、 柔韌性好的導電納米復合膜。PAN 含量為2. 0%時, PAN HC l∕ PVA及PAN DBSA ∕ PVA復合膜的電導率分別達到 4. 4 ×10- 5(S cm - 1)和1. 2 ×10- 8 (S cm - 1 )。

    2.表面敷層型屏蔽材料

    通過貼金屬箔、化學鍍、真空鍍、噴涂等方法, 對絕緣體表 面進行導電化處理而達到屏蔽效果, 屬于反射損耗為主的屏蔽 材料。貼金屬箔即把鎳箔、銅箔、鋁箔、鐵箔、不銹鋼箔等與塑 料薄片、薄板等用粘合劑連在一起, 然后再壓制成型, 工藝較簡 單, 屏蔽效果可達60 ～ 70dB。西班牙J. A. Pom po so等開發 出一種以PPy 混合物為基體的導電熱溶性粘合劑(ICHMAs), 顯示很好的EM I屏蔽效能, 同時又保存著傳統粘合劑的優良 性能。化學鍍和電鍍法, 主要是將金屬N i或Cu等鍍覆到材料 的表面, 屏蔽效果可達60 ～ 120dB, 缺點是污染嚴重, 不符合綠 色環保。噴涂法是用電弧、火焰噴涂等方式在材料表面制備 鋅、鋁、銅等金屬層, 厚度約為70μm, SE 可達70dB, 缺點是金 屬層和基體之間結合不牢易脫落。 真空鍍是采用PVD技術使金屬氣化, 然后在基材表面形 成金屬鍍層, 國內外在這方面的公開交流的資料不多。目前真 空鍍A l在30 ～ 1000MH z時, SE 可達50 ～ 70dB。國內吉林大 學張麗芳等[ 12] 研究了磁控濺射法在塑料基片H IPS 沉積Cu / N i薄膜的工藝, 在10 ～ 106kH z范圍內, 銅層為1. 0 ～ 4. 0μm 時, SE 為80～ 110dB, 試驗發現薄膜的屏蔽主要取決于反射衰 減, 吸收衰減很小, 并認為多的反射面數可以獲得高屏蔽效果。 美國E. Savrun等人[ 13] 用濺射的方法在ZnS 上沉積一層WS i2 ∕ 0. 7μm 的薄膜, 在400MH z ～ 18GH z的屏蔽性能效果良好, 其中在2GH z屏蔽效能可達53dB。2000年中科院李秀榮等[ 14] 采用陰極磁控濺射法在普通厚玻璃上制備用于高頻電磁屏蔽 的ITO 透明導電膜, 研究了膜層的結晶程度和晶粒大小對膜層 性能的影響, 結果表明方塊電阻在5 ～ 40Ψ /□范圍內, 在8 ～ 18GH z高頻范圍內電磁波的反射率達88. 5%。

    3.纖維類復合材料

    纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer，或Fiber Reinforced Plastic，簡稱FRP)是由增強纖維材料，如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，與基體材料經過纏繞，模壓或拉擠等成型工藝而形成的復合材料。根據增強材料的不同，常見的纖維增強復合材料分為玻璃纖維增強復合材料(GFRP)，碳纖維增強復合材料(CFRP)以及芳綸纖維增強復合材料(AFRP)。

    4.發泡金屬類

    發泡金屬又稱為泡沫金屬, 是一種新型的工程材料和功能材料, 從結構上可分為多泡性金屬和通透性金屬兩種,前者含有大 量獨立存在的氣泡,而后者則是連續暢通的三維多孔結構。