电磁屏蔽织物综述

电磁屏蔽织物

彭志远1，杨爱景2，王春香1

（1. 河北科技大学，河北石家庄 050018，；2.国家羊绒产品质量监督检验中心，河北石家庄 050018）摘要：论述了电磁屏蔽材料的屏蔽原理，分析了目前制备电磁屏蔽织物材料的技术手段，综述了表面镀金属织物、表面涂覆织物、贴金属箔织物、导电纤维混纺织物的研究现状，叙述了织物电磁屏蔽的性能测试，简要介绍了国内外电磁屏蔽织物的生产现状及趋势。

关键词：电磁屏蔽；织物；屏蔽材料

中图分类号：文献标志码：

Electromagnetism Shielding Fabric

Peng Zhiyuan1,Yang Aijing2,Wang Chunxiang1

(1. Hebei University of Science & Technology, Shi jiazhuang, Hebei 050018, China；

2.National Center for Quality Supervision and Inspection of cashmere product, Shi jiazhuang, Hebei

050018,China)

Abstract: The principle of electromagnetic shielding is discussed in this paper. The preparation technologies of various EMS fabric materials, the metal -coating fabric, surface -spreading fabric, affixed foil metal fabric and blended fabric, are analyzed. The performance test of electromagnetic shielding fabrics is described. The development trend of EMS fabric materials is pointed out.

Key words: electromagnetic shielding; fabric; shielding material

0 引言

随着科技的迅速发展，电磁波在航空、航天、通信、家用电器、军事等领域得到广泛的应用，随之电磁污染问题也日渐突出。电磁波向外辐射的电磁能量正在以每年7%-14%的速度递增，电磁对环境的污染日益严重[1]。在世界各地，各种信息网络传递着数以亿计的军事、政治、经济等方面的重要情报和信息，由于电磁波辐射而导致的信息泄密事件也时有发生，直接威胁到国家政治、经济、军事安全。同时，电磁波还会造成武器系统失灵，给作战带来严重的隐患。因此，防止电磁波辐射，以保障信息、武器系统安全以及人体健康成为迫切任务[2-4]。

收稿日期：修回日期：

作者简介：彭志远（1987—），女，在读研究生。主要研究方向为防电磁辐射纺织品的开发。

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目前，电磁防护的主要措施有屏蔽、微波吸收等,由于电磁屏蔽材料在社会生活和国防建设中的重要作用，因而其研究开发成为人们关注的重要课题[5-7]。

1 电磁屏蔽的原理

电磁辐射是指电磁场能量以频率

30-30000MHz电磁波的形式向外发射。电磁波在传播途中遇到障碍物时，受障碍物的反射和吸收作用，能量发生衰减。通常，屏蔽材料对空间某点的屏蔽效果用屏蔽效能（Shielding Effectiveness，SE）表示，即SE=20lg(E

/E )，其中，E

是无屏蔽材料时该点场强，E是有屏蔽体后该点场强。

电磁波传播到达屏蔽材料表面时，通常按3种不同机制进行衰减（如下图）：①在入射表面的反射损耗；②未被反射而进入屏蔽体的电磁波被材料吸收的损耗；③在屏蔽体内部的多次反射损耗。电磁波通过屏蔽材料总屏蔽效果可按下式计算：

SE=A+R+B

其中，SE为电磁屏蔽效果，R为表面单次反射衰减，A为吸收损耗，B为内部多次反射损耗。根据实用需要，对于大多数电子产品的屏蔽材料，在30-1000MHz频率范围内其SE至少达到35dB以上，才认为是有效屏蔽[8-9]。

电磁场屏蔽机制

Fig. 1 Shielding mechanism for

electromagnetic field

在电磁波频率和材料厚度一定时，材料的导电率增加，反射损耗和吸收损耗都会增加，电磁波能量的衰减也会增加。吸波材料主要是利用材料的吸收损耗而要尽量减小反射损耗，减小表面反射也就是尽量要达到阻抗匹配。而屏蔽材料既利用了材料的反射损耗也利用了材料的吸收损耗[10]。银、铜、铝等是极好的电导体，相对电导率大，电磁屏蔽效果以反射损耗为主；而铁和铁镍合金等属于高磁导率材料，相对磁导率大，电磁屏蔽衰减以吸收损耗为主[11]。

2 电磁屏蔽织物制备技术

电磁屏蔽织物具有良好的导电性能，又可保持织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性，可制成屏蔽服、屏蔽帐篷及屏蔽室材料等，以保障人身、信息安全等，是理想的电磁屏蔽材料。其按照制备工艺可分为以下几种。

2.1表面镀金属屏蔽织物

这类织物材料是在织物表面附着一层导电层，主要通过反射损耗达到屏蔽的目的。常用的制备技术包括化学镀、电镀、真空镀等。

（1）化学镀及电镀

化学镀和电镀主要是将Cu、Ag、Ni、Al 等离子镀液通过氧化还原的方法，将金属粒子镀在织物的表面。目前这种技术主要用在电磁屏蔽织物材料，效果很好。例如在棉、涤及芳族聚酰胺等织物材料上，进行镀铜、镀银或镍铜工艺等。它的优点是不受织物形状及大小的限制，镀层均匀，织物材料柔软，设备投入量也小，但镀层容易被刮擦而失去屏蔽性能，并且制备过程污染严重，必须进行污水处理。楚克静[12]等已在化学镀铜的涤纶织物上电镀锡镍合金，制得的织物材料表面光滑、光亮度好、表面电阻率低，屏蔽效果达到 80dB以上，对人体完全无害，并且镀层具有较好的耐腐蚀和耐摩擦性能。该类屏蔽织物可应用于军事、通信及民用等领域。刘绍芝[13]等通过粗化、敏化、活化、强化、化学镀铜、化学镀镍、后处理等工艺在制备涤棉电磁屏蔽织物材料，材料屏蔽性能达到60dB以上，可用做军事作战指挥帐篷、防电磁屏蔽服及电磁屏蔽室。

（2）真空镀

真空镀是采用物理沉积的方法，在真空和高温状态下，将金属熔化，当被熔化的金属升至沸点时，金属粒子就会蒸发并向织物表面飞溅，从而沉积在织物或纤维表面。它的优点是不会造成较大的化学污染、材料美观并且屏蔽效果较好，但镀覆的金属层厚度一般在3μm以下，金属与织物的结合力较差，容易脱落，至今在电磁屏蔽领域内未得到广泛应用。

（3）磁控溅射镀

磁控溅射镀又称等离子电镀，是一种高速率低基片升温的成膜新技术，主要利用高能离子撞击金属靶材进行能量交换，把从靶材表面飞溅出的靶材原子或分子沉积到纺织基材衬底，形成屏蔽的金属薄膜。目前常见的磁控溅射技术有多靶磁控溅射、磁控扫描、非平衡磁控溅射和脉冲磁控溅射等。杜莉娟[14]等采用直流磁控溅射镀铜工艺，发现溅射功率越大，沉积速率越大，膜层颗粒分布越均匀，溅射压力在0.9Pa左右适宜，镀层与基底结合牢固，屏蔽效果达到70dB以上。Savrum[15]等用磁控溅射方法在ZnS上沉积一层30.7μm的薄膜，材料在2GHz屏蔽效能可达53dB。磁控溅射镀技术制备的织物材料，对于抑制生物菌活性、纤维抗紫外性能具有明显的作用。Yuen [16]等分别在氩气、氧气气氛下，采用溅射镀镍的方法，制得屏