电磁屏蔽材料的研究进展

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电磁辐射屏蔽材料的研究进展综述

电磁辐射屏蔽材料的研究进展综述
达 7d 。 0 B
A —吸收损耗; — B ——电磁波在屏蔽材料内部的多重反射损耗; R ——为电磁波的单 次反射衰减。
图 1 电磁 屏 蔽 能 量 消耗 图 2电磁屏蔽材料研 究和开发的国 内外现状 . 根据电磁波屏蔽 的机制 可以把 电磁屏蔽 材料分为三类 : 射型 、 反 反 射吸收型和吸收型 , 按应用形式可分为涂敷型和结构复合型一类 。 21电磁 屏 蔽 涂料 . 将金 、 、 、 、 、 银 铜 镍 碳 石墨等导电微粒掺入 到高分子聚合物 中就 制 成了掺合 型导电涂料 , 相对 于原 高分 子聚合 物 , 其导电性大大增强。掺 合型导 电过程机理较复杂 ,导 电效果 同填料种 类以及填料 在聚合 物中 的分散程度有关。实验发现填料的浓度存 在一 “ 渗滤 阈值” 低于临界点 , 时为绝缘体 , 达到临界浓度时 , 系的电阻急剧 下降直 至能稳定传 导电 体 流, 超过临界点后 , 系电阻变化不大[ 体 6 1 。 导 电涂料的成本低 、 生产工艺简单 , 施工方便 , 得到广 泛应用 , 根据 掺合物 的不同 , 可分为银系 、 碳系 、 铜系 、 系等 。 镍 银 系导 电涂料导 电性高 , 具有优 良的屏蔽性能( 可达 6 d ) 5B, 但价 格 昂贵限制了使用 范同, 主要用在某些特殊领域 。碳系涂料是上世纪 7 0 年代 由美 国作为军用开发 , 密度小 、 成本低 , 电性相对较差 , 导 电磁屏 蔽 效果不是很理想 , 一般用作防静电涂层 。 铜系涂料 的电阻率低 导电性好 , 缺点是易 氧化 、 密度较大 易下沉 , 在聚合物基体中分散不好 。为防止铜粉氧化 , 常用机化合物 、 不活泼金
效果 , 是极具发展前景的一类 包装材料。 目前我 国在 电磁屏蔽材料领域 同国际水平 差距较 大, 当加 强电磁 屏蔽材料的研 究与 开 应 发, 不断提 高产品的竞争能力。 [ 关键 词 ] 电磁屏蔽 电磁 兼容 包装

新型电磁波屏蔽材料的研究进展及其应用前景

新型电磁波屏蔽材料的研究进展及其应用前景

新型电磁波屏蔽材料的研究进展及其应用前景随着科技的进步和生活方式的改变,人们越来越依赖各种电子设备,但同时也面临着电磁波辐射的问题。

各种电子设备的运行都会产生电磁波,并可能对人体健康造成一定的危害。

因此,研究新型电磁波屏蔽材料成为当下热门的科研课题。

一、电磁波的影响随着各种便携式电子设备的普及,人们所接触到的电磁波也变得越来越多。

虽然目前并没有明确的科学证据表明电磁波对人体有害,但长时间接触或过度暴露在电磁波中不可避免地会对人体造成打击。

现代医学研究发现,电磁波可能会引起神经衰弱、肝脏、肾脏等内脏器官的病变和心血管系统的异常。

另外,电磁波还可能会对人的免疫系统造成损害,使人变得更加容易生病。

二、电磁波屏蔽材料的研究进展由于电磁波的危害,人们一直在寻求一种可靠的电磁波屏蔽材料。

1. 金属屏蔽材料金属材料是电磁波屏蔽的主要材料之一。

金属的原子结构足以将电磁波电磁波反射掉。

金属屏蔽材料可用于制造不同种类的电磁波屏蔽设备和建筑物。

然而,金属屏蔽材料的缺点也很明显。

首先,金属屏蔽材料的密度大,重量较大,容易在输送过程中或使用中破损。

其次,这种材料的导电性强,使用中容易形成相互干扰的电磁场。

最后,由于金属屏蔽材料的价格较高,使用寿命较短,因此需要更多的开支。

2. 涂层屏蔽材料涂层屏蔽材料能够有效地屏蔽电磁波,使其不穿透到建筑物或设备内部。

它与金属屏蔽材料相比,更轻便、耐用且使用寿命更长。

涂层屏蔽材料的制造技术在不断创新发展。

有些涂层屏蔽材料使用的是无机物质,有些则是有机物质。

此外,还有一些特殊的涂层材料,如压敏材料和纳米粒子。

3. 其他屏蔽材料随着科技的不断发展,人们还在不断探索和发现更多的屏蔽材料。

在当前的研究中,人们发现碳纤维材料、铁氧体材料等都具有优异的电磁波屏蔽效果。

三、电磁波屏蔽材料的应用前景电磁波屏蔽材料的应用前景非常广泛。

首先,在建筑领域,电磁波屏蔽材料可以用于制造防电磁波建筑材料和防辐射隔离室等。

电磁屏蔽材料的研究报告

电磁屏蔽材料的研究报告

电磁屏蔽材料的研究报告研究报告:电磁屏蔽材料摘要:本研究报告旨在探讨电磁屏蔽材料的研究进展和应用前景。

首先介绍了电磁辐射的危害和电磁屏蔽的重要性,然后重点关注了电磁屏蔽材料的种类、性能和制备方法。

通过对各类电磁屏蔽材料的比较分析,总结了当前研究中的挑战和未来发展方向,为电磁屏蔽技术的进一步提升提供了有益的参考。

1. 引言电磁辐射对人类健康和电子设备正常运行产生了不可忽视的影响,因此电磁屏蔽技术得到了广泛关注。

电磁屏蔽材料作为电磁屏蔽的关键组成部分,其性能和制备方法对屏蔽效果具有重要影响。

2. 电磁屏蔽材料的种类目前常见的电磁屏蔽材料主要包括金属材料、导电聚合物材料和复合材料。

金属材料因其高导电性和良好的屏蔽性能而被广泛应用,如铜、铝等。

导电聚合物材料由于其较低的密度和可塑性,逐渐成为研究的热点,如聚苯胺、聚噻吩等。

复合材料则是将金属材料和导电聚合物材料等进行复合,以综合各自的优点,提高屏蔽性能。

3. 电磁屏蔽材料的性能电磁屏蔽材料的性能主要包括电磁波吸收性能、屏蔽效能和机械性能。

电磁波吸收性能是指材料对电磁波的吸收能力,影响着屏蔽效果。

屏蔽效能是指材料对电磁波的反射和透射能力,与材料的导电性和厚度等因素有关。

机械性能则包括材料的强度、韧性和耐热性等,直接影响材料的使用寿命和稳定性。

4. 电磁屏蔽材料的制备方法目前常用的电磁屏蔽材料制备方法包括物理蒸发、溶液法、热压法和电沉积法等。

物理蒸发方法适用于制备金属材料,但存在成本高和制备工艺复杂等问题。

溶液法适用于制备导电聚合物材料,具有制备简单、成本低的优势。

热压法和电沉积法则适用于制备复合材料,能够在保持导电性的同时提高材料的机械性能。

5. 挑战与展望电磁屏蔽材料的研究仍面临一些挑战,如提高材料的吸波性能、降低材料的密度和成本等。

未来的发展方向包括开发新型的电磁屏蔽材料、提高材料的制备效率和优化屏蔽结构等。

同时,结合先进的制备技术和理论模拟方法,有望进一步提升电磁屏蔽技术的水平。

电磁波屏蔽材料的研究与发展

电磁波屏蔽材料的研究与发展

电磁波屏蔽材料的研究与发展作为现代科技的先锋领域,电子技术的突飞猛进虽然给人们带来了诸多便利和享受,但也为人类的健康和安全问题带来了潜在的危害。

在无线电、移动通信、计算机等高频电子设备广泛应用的年代,电磁波辐射也逐渐成为了社会关注的热点话题之一。

因此,电磁波屏蔽材料的研发和发展也愈加重要。

一、电磁波的基本概念及危害要理解电磁波屏蔽材料的研究与发展,我们首先需要了解电磁波的基本概念。

电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的,它们交替变化几乎垂直向前传播的能量传播方式。

电磁波具有频率和波长的特性,这些特性是不同种类电磁波的区别之一。

电磁波在生活中广泛应用,例如,它们被用于无线电通信、雷达、微波炉、高音频和医疗设备。

但是,当人暴露在某些类型的电磁波中时,它们可能会对健康造成危害。

一些可能的影响包括头痛、失眠、心脏病和癌症等。

二、电磁波屏蔽材料的研究意义随着电子技术的迅速发展,电磁波屏蔽材料的研究也变得日益重要。

这是因为,当许多电器和电磁设备同时存在时,它们将产生大量电磁波辐射。

这些电磁波会相互干扰,影响设备的正常工作,甚至对人体健康造成危害。

因此,需要寻找有效的、成本合理的电磁波屏蔽材料来保护设备和人类健康。

电磁波屏蔽材料指的是一种可以有效阻止电磁波辐射影响的材料。

通常,这种材料由能吸收、透射、反射等多种机制相结合的屏蔽材料组成。

三、电磁波屏蔽材料的分类电磁波屏蔽材料通常可以分为金属材料、合金材料、聚合物材料、陶瓷材料和有机材料等几类。

鉴于各种材料的特性和应用场景不同,各类材料的适用范围也不尽相同。

金属材料,例如铜、铝、锌、镁等,是最传统的电磁波屏蔽材料之一。

由于金属具有高导电率和良好的反射性,当电磁波射入金属表面时,会迅速被反射或电流耗散,从而遏制了电磁波的扩散。

金属屏蔽材料通常用于电子设备的外壳或外部防护层,可以阻挡从设备外部传来或发射出去的电磁辐射。

铜纤维材料是聚合物电磁波屏蔽材料之一,通常由铜纤维和聚合物纤维混合而制成。

电磁屏蔽和吸波材料的研究进展

电磁屏蔽和吸波材料的研究进展

电磁屏蔽和吸波材料1、引言随着现代电子工业的快速进展,各种无线通信系统和高频电子器件数量的急剧增加,导致了电磁干扰现象的增多和电磁污染问题的日渐突出。

电磁波辐射已成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。

电磁波辐射产生的电磁干扰〔EMI〕不仅会影响各种电子设备的正常运行,而且对身体安康也有危害。

目前,主要的抗电磁千扰技术包括:屏蔽技术、接地技术和滤波技术。

其中,屏蔽技术的主要方法是承受各种屏蔽材料对电磁辐射进展有效阻隔与损耗。

吸波功能材料的争论是军事隐身技术领域中的前沿课题之一,其目的是最大限度地削减或消退雷达、红外等对目标的探测。

世界上多个国家相继开放了对战机、巡航、舰艇等军事用吸波材料的争论。

由于电磁屏蔽材料和吸波材料在社会生活和国防建设中的重要作用,因而其争论开发成为人们日益关注的重要课题。

2、电磁屏蔽和吸波材料的根本原理材料对电磁波屏蔽和吸取的程度用屏蔽效能〔SE〕来表示,单位为分贝(dB),一般来说,SE 越大,则衰减的程度越高。

2.1屏蔽体对电磁波的衰减机理屏蔽体对电磁波的衰减机理有3 种: (l)空气·屏蔽体界面的阻抗不连续性,对入射电磁波产生反射衰减; (2)未被外表反射而进入屏蔽体内的电磁波被屏蔽材料吸取的衰减; (3)进入屏蔽体内未被吸取衰减的电磁波到达屏蔽体一空气界面时因阻抗不连续性被反射,并在屏蔽体内部发生屡次反射衰减。

屏蔽效能可用下式表示:SE = SET + SER+ SEA M(1)式中:SE 表示反射损失,SE 表示吸取损失,SE 表示屡次反射损R A M失。

2.2吸波材料的根本物理原理吸波材料的根本物理原理是,材料对入射电磁波实现有效吸取,将电磁波能量转换为热能或其它形式的能量而损耗掉。

该材料应具备两个特性即波阻抗匹配特性和衰减特性。

波阻抗匹配特性即制造特别的边界条件是入射电磁波在材料介质外表的反射系数r 最小,从而尽可能的从外表进入介质内部。

电磁屏蔽材料研究进展

电磁屏蔽材料研究进展
屏蔽效果的好坏用屏蔽效能(SE, Shielding effectiveness) 来评价, 它表现了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽效能定 义为屏蔽前后该点电磁场强度的比值, 即:
SE=20lg(E0/Es)或 SH=20lg(H0/Hs) 式中 : E0、H0 分 别 为 屏 蔽 前 该 点 的 电 场 强 度 与 磁 场 强 度 , Es、 Hs 分别为屏蔽后该点的电场强度与磁场强度。对屏蔽效果 的评价是根据屏蔽效能的大小度量的, 如表 1 所示。
关键词 电磁屏蔽 材料 现状 应用 中图分类号: TB303 文献标识码: A
Resear ch Pr ogr ess in Electr omagnetic Shielding Mater ials
DING Shijing1, 2, ZHAO Yuezhi3, GE Debiao1
( 1 School of Science, Xidian University, Xi’an 710071; 2 The PLA 61489 Army, Luoyang 471023; 3 Department of Material, Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023)
Key wor ds electromagnetic shielding, material, progress, application
随着现代高新技术的发展, 电磁波引起的电磁干扰 (EMI)和电磁兼容(EMC)问题日益严重[1 ̄3], 不但 对 电 子 仪 器 、 设备造成干扰与损坏, 影响其正常工作, 严重制约我国电子 产品和设备的国际竞争力, 而且也会污染环境, 危害人类健 康; 另外电磁波泄漏也会危及国家信息安全和军事核心机密 的 安 全 。特 别 是 作 为 新 概 念 武 器 的 电 磁 脉 冲 武 器 已 经 取 得 实 质性的突破, 能对电子仪器设备、电力系统等进行直接打击, 造成信息系统等的暂时失效或永久损坏, 其投送方式多样, 破坏 力 极 强[1 ̄4], 而 且 强 大 的 电磁 脉 冲 对 人 体 也 能 造 成损 害 , 使 人 神 经 紊 乱 、行 为 失 控 等 。

电磁屏蔽及吸波材料的研究报告进展

电磁屏蔽及吸波材料的研究报告进展

电磁屏蔽与吸波材料的研究进展摘要:阐述了研究电磁屏蔽材料和吸波材料的重要性,分析了电磁屏蔽与吸波材料的工作原理,综述了电磁屏蔽材料与吸波材料国外研究进展与应用。

关键词:电磁屏蔽材料、吸波材料1引言随着科学技术和电子工业的开展,各种电子设备应用的日益增多,电磁波辐射已经成为一种新的社会公害。

电磁波辐射造成的电磁干扰不仅会影响各种电子设备的正常运转,而且对身体安康也有危害。

特别是塑料制品对传统金属材料的替代,电磁屏蔽技术就显得尤为重要了。

据估计,全世界电子电气设备由于电磁干扰发生故障,每年造成的经济损失高达几亿美元。

科学研究证实,人长期处于电磁波辐射环境中将严重损害身心安康。

目前播送电视发射塔的强电磁波辐射,城市电工、医疗射频设备附近的电磁辐射污染,移动的电磁波辐射等已经引起人们的广泛关注。

因此,世界上一些兴旺国家先后制定了电磁辐射的标准和规定,如美国联邦通讯委员会制定了抗电磁干扰法规〔FCC法〕和"Tempest〞技术标准,其中"FCC〞规定大于1000HZ的电子装置要求屏蔽保护,并持EMI/ RFI合格证才允许投放市场;我国在八十年代相继制定了"环境电磁波卫生标准"和"电磁辐射防护规定"等相关法规;国际无线电抗干扰特别委员会〔CISPR〕也制定了抗电磁干扰的CISPR的国际标准,供各国参照执行。

另外,现代高科技战争中的新型电子对抗技术,其核心之一是释放宽频率和波长的强电磁波来破坏对方军事设施中电子装备的遥测、遥感和遥控等功能,使对方的军事设施处于失控状态,到达突袭的目的。

吸波材料在军事隐身技术中有着广泛的应用,特别是美国U-2高空侦察机、B-2隐形轰炸机以及F-117和F-22隐形战斗机的出现,更是代表了吸波材料实际应用中的巨大成就。

由于电磁屏蔽与吸波材料在社会生活和国防建立中的重要作用,因而电磁屏蔽与吸波材料的研究开发成为人们日益关注的重要课题。

稀土材料在电磁屏蔽材料中的应用与研究进展

稀土材料在电磁屏蔽材料中的应用与研究进展

稀土材料在电磁屏蔽材料中的应用与研究进展引言电磁辐射对人类生活和健康造成了越来越大的影响。

为了保护人类免受电磁辐射的危害,电磁屏蔽材料的研究和应用变得至关重要。

稀土材料作为一类重要的功能材料,在电磁屏蔽材料中的应用得到了广泛关注。

本文将介绍稀土材料在电磁屏蔽材料中的应用,并对相关的研究进展进行总结和分析。

稀土材料的特性稀土是指周期表中的镧系元素,包括15个元素,即从镧到镥的元素。

稀土元素具有独特的电子结构和能级分布,使得稀土材料具有许多独特的物理和化学性质。

稀土材料常见的特性包括高磁性、高导电性、高屏蔽性、高吸波性等。

这些特性使得稀土材料成为理想的电磁屏蔽材料。

稀土材料在电磁屏蔽材料中的应用1.电磁屏蔽材料的导电增强剂稀土材料可以作为导电增强剂加入到电磁屏蔽材料中,提高材料的导电性能。

稀土元素的特殊电子结构使得它们具有较高的导电性,能够增强电磁屏蔽材料的导电性能。

2.电磁屏蔽材料的磁性增强剂稀土材料中一些元素具有较强的磁性,可以作为磁性增强剂加入到电磁屏蔽材料中,提高材料对磁场的屏蔽效果。

3.电磁屏蔽材料的吸波剂稀土材料中的某些化合物具有较强的吸波性能,可以作为吸波剂加入到电磁屏蔽材料中,提高材料对电磁波的吸收能力。

4.电磁屏蔽材料的红外屏蔽剂稀土材料中的某些化合物对红外辐射有较好的屏蔽效果,可以用于制备红外屏蔽材料,保护人体对红外辐射的伤害。

5.电磁屏蔽材料的增强剂稀土材料还可以作为增强剂加入到电磁屏蔽材料中,提高材料的机械性能和稳定性。

稀土材料在电磁屏蔽材料中的研究进展近年来,稀土材料在电磁屏蔽材料领域取得了许多重要的研究进展。

以下是一些值得关注的研究方向和成果:1.稀土材料的合成与改性研究者们通过不同的工艺方法,如溶剂热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等,成功合成了各种稀土材料。

此外,还通过改变合成条件和添加相应的改性剂,改善了稀土材料的性能,进一步提高了电磁屏蔽材料的性能。

2.稀土材料在特定领域的应用稀土材料在电磁屏蔽材料中的应用已经涉及到了多个领域。

石墨烯在电磁屏蔽与吸波材料方面的应用及研究进展

石墨烯在电磁屏蔽与吸波材料方面的应用及研究进展

石墨烯在电磁屏蔽与吸波材料方面的应用及研究进展石墨烯是由碳原子以六边形晶格形式排列而成的一种二维材料,其具有独特的结构和性质,因此在电磁屏蔽与吸波材料领域具有广泛的应用前景。

石墨烯具有出色的电导率,高可伸缩性和优异的力学性能,使其成为一种理想的电磁屏蔽和吸波材料。

石墨烯作为电磁屏蔽材料,能够有效地阻挡和反射电磁波的传播,具有良好的电磁屏蔽性能。

石墨烯的单层结构使其具有很高的电导率,使其在电磁屏蔽中能够快速地消除电磁波的能量,从而有效地降低电磁辐射对周围环境和人体的伤害。

此外,石墨烯还具有极高的力学强度和韧性,可以制成具有强度和韧性的电磁屏蔽材料,能够承受较大的外力而不易破裂。

石墨烯在吸波材料方面的研究也取得了一系列进展。

通过控制石墨烯的结构和化学成分,可以实现对其在特定频率范围内的电磁波的吸收。

石墨烯材料可以在广泛的频率范围内实现高吸波性能,包括可见光、红外光和微波等。

此外,石墨烯还可以结合其他吸波材料来增强吸波性能。

例如,通过将石墨烯与金属或聚合物复合,可以实现更高效的电磁波吸收。

近年来,研究人员还将石墨烯与其他材料相结合,以进一步提高电磁屏蔽和吸波性能。

例如,将石墨烯与氧化物、金属或聚合物复合,形成具有多层结构的复合材料,能够在各个频率范围内实现优越的电磁屏蔽性能。

这些复合材料能够同时具备石墨烯的优点和其他材料的特性,从而提高电磁屏蔽和吸波效果。

此外,石墨烯与纳米材料的复合也是电磁屏蔽和吸波材料研究的一个热点。

通过控制纳米材料的形貌、尺寸和含量,可以实现更好的电磁波阻抗匹配,从而提高吸波性能。

例如,将石墨烯与二维过渡金属碳化物MXene复合,可以显著提高电磁波吸收能力。

这种复合材料具有大量的界面,能够增加电磁波与材料之间的相互作用,从而提高吸波性能。

总的来说,石墨烯在电磁屏蔽和吸波材料方面具有巨大的应用潜力。

通过不断地探索石墨烯的性质和与其他材料的复合,可以开发出更高效、更可靠的电磁屏蔽和吸波材料。

电磁屏蔽材料的研究进展

电磁屏蔽材料的研究进展

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电磁屏蔽材料的研究进展/古映莹等53?电磁屏蔽材料的研究进展古映莹邱小勇胡启明刘雪颖(中南大学化学化工学院,长沙410083)摘要简单介绍了电磁辐射的危害性及发展电磁屏蔽材料的意义,阐述了电磁屏蔽材料的屏蔽原理,较为详细地介绍了表层导电型、填充复合型、导电纤维、导电织物等电磁屏蔽材料及各种材料在工艺上的优缺点;同时阐述了各种电磁屏蔽材料的研究进展和发展前景,预测了电磁屏蔽材料的发展方向。

关键词电磁屏蔽电磁辐射屏蔽原理研究现状DeVelopmentofElectromagneticShieldingGUYingyingQIUXiaoyongHUQimingMaterialLIUXueying(TheChemistryandChemicalEngineeringC01legeofCentralSouthUniversity,changsha410083)Abstractmate“a1ofasareTheharmsofelectromagneticradiationandsignificanceofdevelopingelectromagneticshieldingintroduced,andthemechanismofelectromagneticshieldingmaterialsissumma“zed.ThenthemainkindsasEMIshieldingmaterialssuchthestyleonofsurfacelayerandfilling,conductingfiber,conductingfabricareetcaswelltheiradvantageanddisadvantageengineeringout.summarizedindetail.Finallythedevelopingtrendofeletro—magneticshieldingmaterialsispointedKeywOrdselectromagneticshieldingmaterials,mechanism,development0前言随着科学技术的发展,人类已进入信息社会,在生产中使用的电子电气设备越来越多,生存环境已具有浓厚的电磁环境内涵。

电磁屏蔽材料的研究进展_陈影

电磁屏蔽材料的研究进展_陈影
导电纤 维 又 有 金 属 纤 维 和 非 金 属 纤 维 之 分。常用的金属纤维主要包括单种金属纤维和 合 金 纤 维 。 这 类 纤 维 拥 有 导 电 性 好 ,屏 蔽 效 能 高 ,机 械 性 能 佳 等 一 系 列 优 点 ,但 是 价 格 较 昂 贵 。 研 究 表 明 ,在 聚 丙 烯 中 添 加 黄 铜 纤 维 所 制 得 的 屏 蔽 材 料 ,当 填 充 率 为 10% 时 ,屏 蔽 效 能 已 达 到 60dB[23]。 目 前 非 金 属 导 电 纤 维 研 究 较 多 的 是 碳 纤 维 ,导 电 性 良 好 ,陈 晓 燕 等 将 [24] 碳 纤 维 填 充 丙 烯 腈 -丁 二 烯 -苯 乙 烯 (ABS)树 脂 复 合 材 料 中 ,大 大 提 高 了 其 屏 蔽 效 能 。 2.3.2 超 细 粉 末
料反 射 损 耗;而 当 材 料 的 磁 导 率 较 高 时,SEA 越
— 33 —
2015 年 第 2 期 《黑 龙 江 造 纸 》
大,低频电磁场主 要 以 吸 收 损 耗 达 到 屏 蔽 的 目 的。 因此,要想达到较 高 的 屏 蔽 性 能,所 用 的 屏 蔽 材 料 的 性 能 必 须 是 高 电 导 率 和 高 导 磁 率 ,这 样 才 可 使 屏 蔽的频率范围的更加宽广。
超 细 粉 末 是 一 种 具 有 吸 波 特 性 的 材 料 ,拥 有 吸 收频 率 范 围 宽 广、价 格 相 对 较 低、质 轻 等 优 点。 常 用的超 细 粉 末 有 铁、镍、钴、炭 黑 等,尺 寸 一 般 为 微 米级或微 米 级 以 下。 如 熊 政 专 等 人 [25] 在 ABS 树 脂中添加了纳米 炭 黑,随 着 炭 黑 含 量 的 增 加,复 合 材料的屏蔽效能明显提 高。 何 和 智 等 [26] 研 究 了 铁 粉 粒 度 对 铁 粉/聚 丙 烯 复 合 材 料 屏 蔽 效 能 的 影 响, 结果表明,铁粉细 度 越 高,复 合 材 料 的 屏 蔽 效 能 就 越强。

电磁屏蔽高分子复合材料研究进展

电磁屏蔽高分子复合材料研究进展

电磁屏蔽高分子复合材料研究进展目录1. 内容概览 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (4)2. 电磁屏蔽高分子复合材料基础知识 (5)2.1 电磁屏蔽原理 (6)2.2 高分子复合材料概述 (7)2.3 电磁屏蔽高分子复合材料的制备技术 (8)3. 电磁屏蔽高分子复合材料的研究进展 (9)3.1 填充型电磁屏蔽复合材料 (11)3.2 本质型电磁屏蔽复合材料 (11)3.3 其他新型电磁屏蔽复合材料 (13)4. 电磁屏蔽高分子复合材料的性能研究 (13)4.1 电磁性能 (15)4.2 物理性能 (16)4.3 化学性能 (17)4.4 其他性能 (18)5. 电磁屏蔽高分子复合材料的应用领域 (20)5.1 电子信息领域 (21)5.2 航空航天领域 (22)5.3 交通运输领域 (24)5.4 其他领域 (25)6. 电磁屏蔽高分子复合材料的研究挑战与展望 (26)6.1 研究挑战 (27)6.2 发展策略与建议 (28)6.3 未来发展趋势 (29)1. 内容概览本文综述了电磁屏蔽高分子复合材料的研究进展,重点介绍了其制备方法、性能优化和应用领域。

电磁屏蔽高分子复合材料因其轻便、导电和耐腐蚀等特性,在电子器件、通信设备和航空航天等领域具有广泛的应用前景。

在制备方法方面,本文介绍了化学气相沉积法、溶液共混法和自组装法等多种用于制备电磁屏蔽高分子复合材料的工艺。

这些方法具有操作简便、成本低廉和生产效率高等优点,为电磁屏蔽高分子复合材料的大规模生产提供了可能。

在性能优化方面,本文探讨了电磁屏蔽高分子复合材料的导电填料选择、含量和形貌对屏蔽效能的影响。

通过调整这些参数,可以实现对电磁屏蔽高分子复合材料屏蔽效能的精确控制。

本文还涉及了其他性能优化手段,如力学性能、热稳定性和耐候性等,以满足不同应用场景的需求。

在应用领域方面,本文详细讨论了电磁屏蔽高分子复合材料在电子设备、通信设备和航空航天等领域的应用。

电磁屏蔽材料的研究进展

电磁屏蔽材料的研究进展

第46卷第1期2021年2月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 1Feb. 2021文章编号:1009-220X(2021)01-0001-07 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210107电磁屏蔽材料的研究进展宋斌1,4,5,黄月文1,4,5,祖伟皓2,3,4,王斌2,3,4*(1. 中科院广州化学有限公司,广东广州510650;2. 中科院广州化学研究所,广东广州510650;3. 中国科学院大学,北京100049;4. 广东省电子有机聚合物材料重点实验室,广东广州510650;5. 中科院新型特种精细化学品工程实验室,广东广州510650)摘要:介绍了电磁屏蔽材料在军用和民用领域的重要性;简要阐述了电磁屏蔽的机理;综述了4种不同电磁屏蔽材料的优缺点以及研究现状,分别为金属型、表面导电型、填充复合型和本征型导电聚合物电磁屏蔽材料;分析并提出了3种提高电磁屏蔽效能的方式,分别为多孔结构设计、多层结构设计、复合填料优化。

关键词:电磁屏蔽材料;屏蔽机理;研究进展中图分类号:TB34 文献标识码:A高速发展的电子信息技术带来了高效和便利的生活,但其产生的电磁辐射却带来日益严重问题,成为威胁健康的又一新污染源[1]。

据英国国家辐射保护委员会调查报告,高压线产生的电磁辐射影响下,儿童白血病发病率较正常区域的高出一倍。

电磁辐射会降低甚至破坏人体的生命支持系统功能,引发各种疾病[2]。

同时,电子辐射会使电子系统障碍[3-5],破坏设备运行[6],造成严重经济损失;若遭受电磁武器的强力冲击,军事机密有被窃取风险[6],设备信息系统也会暂时性失灵或永久性损坏,严重危害国防安全[7]。

据新华社消息,预计2020年底全国5G基站数超过60万个。

这些基站电磁辐射也将成为人们关注的焦点[8]。

针对上述问题,最为有效防御手段是使用电磁屏蔽材料。

使用高效宽频(24 GHz以上)的屏蔽设备外壳以保持5G 系统的安全性和稳定性;在飞机表面涂覆电磁屏蔽材料后,能极大减弱反射波而达到影身目的,如隐形飞机[9];在卫星上使用轻质、宽频的电磁屏蔽材料后,能够躲避地面雷达的侦测,如美国“天基监测系统”隐形卫星[9]。

Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene基电磁屏蔽材料的研究进展

Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene基电磁屏蔽材料的研究进展

第49卷2021年6月第6期第14-25页材料工程J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n gV o l.49J u n.2021N o.6p p.14-25T i3C2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展R e s e a r c h p r o g r e s s i nT i3C2T x M X e n e-b a s e d e l ec t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c es h i e l d i n g m a t e r i a l王敬枫1,康辉1,成中军1,谢志民2,王友善2,刘宇艳1,樊志敏1(1哈尔滨工业大学新能源转换与储存关键材料技术工业和信息化部重点实验室,哈尔滨150001;2哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室,哈尔滨150001)WA N GJ i n g-f e n g1,K A N G H u i1,C H E N GZ h o n g-j u n1,X I EZ h i-m i n2,WA N G Y o u-s h a n2,L I U Y u-y a n1,F A NZ h i-m i n1(1M I I T K e y L a b o r a t o r y o fC r i t i c a lM a t e r i a l sT e c h n o l o g y f o rN e wE n e r g y C o n v e r s i o na n dS t o r a g e,H a r b i n I n s t i t u t e o fT e c h n o l o g y,H a r b i n150001,C h i n a;2N a t i o n a lK e y L a b o r a t o r y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o nA d v a n c e dC o m p o s i t e s i nS p e c i a lE n v i r o n m e n t s,H a r b i n150001,C h i n a)摘要:随着电子设备和无线通讯的迅猛发展,电磁干扰问题也随之日益严重,迫切需要发展高性能的电磁屏蔽防护材料来减轻电磁波干扰危害㊂M X e n e(T i3C2T x)是一种新型二维材料,具有超高的电导率和活跃的化学活性表面,因而展现出极其优异的电磁屏蔽性能㊂本文重点介绍了T i3C2T x的制备方法㊁结构特性以及电磁屏蔽机理,客观地综述和评价了近年来国内外关于T i3C2T x基薄膜和三维多孔材料在电磁屏蔽应用方面的重要研究进展,并分析了目前存在的主要问题㊂此外,从T i3C2T x的制备㊁结构调控㊁设计组装等方面展望了T i3C2T x基电磁屏蔽材料的发展方向及趋势,包括发展低成本绿色环保且高效的T i3C2T x制备工艺㊁解决T i3C2T x不耐氧化的问题㊁设计新型T i3C2T x电磁屏蔽材料结构及探究其他种类的M X e n e s电磁屏蔽材料,为开发下一代高电磁屏蔽性能材料提供新的思路和指导㊂关键词:T i3C2T x M X e n e;电磁屏蔽;电导率;复合薄膜;三维多孔结构d o i:10.11868/j.i s s n.1001-4381.2020.000280中图分类号:T B34文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2021)06-0014-12A b s t r a c t:W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ce q u i p m e n ta n d w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni nr e c e n t y e a r s,p r o b l e m s o f e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e a r e a l s ob e c o m i n g m o r e a n dm o r e s e r i o u s.I t i s u r g e n t t od e v e l o p h i g h p e r f o r m a n c ee l e c t r o m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e(E M I)s h i e l d i n g m a t e r i a l st oa l l e v i a t et h ed a m a ge of e l e c t r o m ag n e t i c i n t e r f e r e n c e.M X e n e(T i3C2T x)i s a n o v e l k i n d o f2Dm a t e r i a l w i t hu l t r ahi g he l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y a n du n i q u e c h e m i c a l l y a c t i v e s u rf a c e,a n d t h e r e f o r e e x h i b i t s e x t r e m e l y e x c e l l e n t e l e c t r o m ag n e t i cshi e l d i n g p e r f o r m a n c e.T h e p r e p a r a t i o n,s t r u c t u r a lf e a t u r e a n d E M I s h i e l d i n g m e c h a n i s mo fT i3C2T x w e r e f o c u s e d a n d i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r,t h e l a t e s t r e s e a r c h p r o g r e s s o nE M I s h i e l d i n g a p p l i c a t i o n so fT i3C2T x-b a s e df i l m sa n d3D p o r o u sm a t e r i a l sw a so bj e c t i v e l y r e v i e w e da n d e v a l u a t e d,a n dt h e m a i n p r o b l e m a t t h e p r e s e n tw a sa n a l y z e d.I na d d i t i o n,t h ef u t u r ed e v e l o p m e n t d i r e c t i o na n dt e n d e n c y o fT i3C2T x-b a s e d E M Is h i e l d i n g m a t e r i a l sf r o m t h ea s p e c t so f p r e p a r a t i o n, m i c r o s t r u c t u r e c o n t r o l a n ds t r u c t u r ed e s i g na n ds oo n w e r ea l s o p r o s p e c t e di nt h i s p o p e r,b a s e do n c u r r e n td e v e l o p m e n tn e e d si n c l u d i n g d e v e l o p i n g l o w-c o s t,g r e e na n de f f i c i e n t T i3C2T x p r e p a r a t i o n m e t h o d s,s o l v i n g t h el o n g-s t a n d i n g o x i d a t i o n p r o b l e m o f T i3C2T x,d e s i g n i n g n e w s t r u c t u r e o f T i3C2T x-b a s e dE M I s h i e l d i n g m a t e r i a l s a n d f i n d i n g o u to t h e r M X e n e sE M I s h i e l d i n g m a t e r i a l so t h e r t h a nT i3C2T x,w h i c hc a n p r o v i d en e wi d e a sa n d g u i d a n c ef o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to f t h en e x t第49卷第6期T i3C2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展g e n e r a t i o no f h i g h-p e r f o r m a n c eE M I s h i e l d i n g m a t e r i a l s.K e y w o r d s:T i3C2T x M X e n e;e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c es h i e l d i n g;e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y;c o m p o s i t e f i l m;3D p o r o u s s t r u c t u r e科学技术的飞速发展促进了电子电气设备的更新换代和使用频率,进而显著提升了人们的生活质量,但随之也带来了一系列的电磁干扰(e l e c t r o m a g n e t i c i n t e r f e r e n c e,E M I)问题㊂过量的电磁波干扰不仅会严重影响高灵敏度电子设备的正常运行,而且还可能造成重要信息泄露,这对国防安全具有致命性的危害㊂另外,严重的电磁波辐射可能会对人体产生潜在的健康威胁,如增大患癌(长期暴露)㊁慢性病和神经系统等方面疾病的概率[1-2]㊂发展高性能的电磁屏蔽材料可以有效避免电磁干扰带来的危害[3-4]㊂电磁屏蔽主要的目的是最大限度地减少电磁波对防护目标的干扰,因此所用的电磁屏蔽材料需要具有较高的导电性,这样就能将绝大部分电磁波反射进而减少透过率㊂金属材料具有高电导率和优异的电磁屏蔽性能,但由于其存在易腐蚀㊁难加工以及密度大等劣势,严重限制了在需要轻质特性的航空航天等领域电磁防护方面的应用㊂另外,尽管铁磁性材料㊁导电聚合物和部分碳材料作为填料构筑出的异质复合材料具有质量轻和稳定性好等优势,但其屏蔽性能通常仍然较低㊂石墨烯基于自身独特的二维结构和高电导率,在电磁屏蔽领域[5-6]展现出了广阔的应用前景,受到了学术界和产业界的高度重视㊂但真正的石墨烯表面是惰性的,非常不利于后续的加工设计㊂另外,通过氧化然后再还原制备的还原氧化石墨烯由于存在较多的缺陷导致其电导率较低,通常用它构筑的材料电磁屏蔽效能值较低,无法满足实际使用需求㊂基于此,发展兼具高电导率和表面活性为一体的二维材料对进一步发展高性能电磁屏蔽材料具有重要的意义㊂然而,目前已知的二维材料,例如石墨烯㊁氮化硼以及二硫化钼等很难同时满足上述特性㊂而一种称之为M X e n e s的新型二维材料能同时具备高电导率和表面活性,用其加工组装的薄膜材料在厚度为45μm时电磁屏蔽效能值可高达92d B[7]㊂M X e n e s其实是一种过渡金属碳化物或氮化物,其典型代表T i3C2T x M X e n e(T x表示M X e n e表面终端 O H, O和 F基团)的电导率可超过10000S/c m[8-10],并且其稳定性和导电性等综合性能要优于其他M X e n e㊂目前,T i3C2T x主要用于电化学储能[11-12]㊁催化[13]㊁光热转换[14-15]和复合材料[16]等方面,尤其是在电磁屏蔽领域展现出了巨大的应用前景㊂综述简要介绍了T i3C2T x的制备方法㊁结构特性以及电磁屏蔽机理,并从薄膜到三维块体,概括了T i3C2T x基材料在电磁屏蔽应用方面的重要研究进展㊂此外,对未来T i3C2T x基电磁屏蔽材料的发展方向及趋势进行了展望㊂1T i3C2T x制备方法T i3C2T x是最早发现也是目前研究最为广泛的一种MX e n e,有将近70%的M X e n e研究工作都集中于T i3C2T x,以至于M X e n e成为T i3C2T x的同义词,进而造成了混淆㊂其实,T i3C2T x M X e n e是M X e n e s大家族中的一员㊂制备T i3C2T x的前躯体主要为T i3 A l C2(T i3S i C2也有报道[17]),它属于六方晶系,其层间主要依靠金属键(T i A l键)强作用力连接,因此很难直接通过机械剥离得到单层T i3C2㊂但T i3A l C2中T i A l键结合力小于T i C键,这也就意味着可以通过化学方法在不破坏T i C键的情况下选择性去除A l层,进而得到T i3C2㊂单纯T i3C2很难在实际中存在,其终端表面总是富含 O, O H以及 F等基团㊂因此,T i3C2T x兼具高导电(承自于T i3A l C2)和高度亲水性,这是其他已知二维材料所不具有的特征㊂目前,T i3C2T x主要是通过湿法刻蚀然后再剥离得到㊂1.1H F刻蚀法2011年,N a g u i b等[18]在室温下首次利用H F刻蚀T i3A l C2制备出了T i3C2T x㊂H F能够有效地将T i3A l C2中的A l层完全刻蚀掉,从而得到一种类似于手风琴状的多层结构㊂尽管多层T i3C2T x的层间距得到了有效扩大,但超声等机械剥离仍然难以克服多层T i3C2T x的层间力㊂为了得到单层的T i3C2T x纳米片,人们将有机溶剂[19]和金属离子[20]等插层剂嵌入到多层T i3C2T x的层间,以扩大它的层间距,随后通过超声振荡等手段破坏层间的键力,就能得到单层的T i3C2T x纳米片㊂需要注意的是,H F具有极强的腐蚀性,会对操作人员的身体造成巨大伤害㊂另外,这种方法很难得到低缺陷的单层T i3C2T x㊂1.2原位生成H F刻蚀法为了避免直接使用高危险性的H F,2014年G h i d i u等[21]利用L i F和H C l的混合溶液对T i3A l C2进行刻蚀进而成功制备出了层数较少的T i3C2T x㊂其原理是:L i F和H C l的混合溶液接触到T i3A l C2后,溶液中的H+和F-会在T i3A l C2的表面原位生成H F,进而实现对A l的刻蚀㊂另外,所生成的L i+能自发地51材料工程2021年6月插层进入所生成的多层T i3C2T x层间,从而显著减弱T i3C2T x层间相互作用力,再通过剥离就能很容易得到单层T i3C2T x纳米片㊂与直接使用H F相比,该方法反应温和且更安全有效,避免了使用额外插层剂的步骤;对T i3C2T x晶格的破坏程度更小,制备得到的T i3C2T x的晶格常数c也更大㊂需要注意的是, T i3C2T x表面存在大量裸露的T i原子,容易被氧化而生成不导电的T i O2,而超声过程会加速其氧化,同时也会减小T i3C2T x纳米片的尺寸㊂因此,如需制备低缺陷㊁大横向尺寸的T i3C2T x,应尽可能避免超声㊂最近,G o g o t s i课题组通过利用自制的化学反应器实现了T i3C2T x的规模化合成[22]㊂他们通过比较大批量(50g)和小批量(1g)制备的T i3C2T x,发现这两种批次生产的T i3C2T x性质基本相同,表明T i3C2T x这种M X e n e可以很容易㊁安全和经济地放大至工业级别,这对进一步促进T i3C2T x更广泛的商业应用具有重要的意义㊂因此,原位生成H F刻蚀法是目前制备单层T i3C2T x纳米片最常用和最有效的方法㊂1.3其他刻蚀方法氟化氢铵(N H4H F2)刻蚀法和无氟刻蚀法等方法目前也被用于制备T i3C2T x㊂其中,与H F相比N H4 H F2性质更为缓和,但是产物中存在一定量很难去除的(NH4)3A l F6[23]㊂对于无氟刻蚀法,L i等[24]采用碱辅助水热法成功制备出无氟高纯度T i3C2T x(T x= O H, O,纯度可高达92%),但是这种方法的反应条件略为苛刻㊂Y a n g等[25]则以T i3A l C2为原料在碱性溶液中用电化学方法同样成功刻蚀制备出了无氟的T i3C2T x(T x= O H, O),该方法避免了含氟化合物的使用,是一种有较大发展潜力的制备工艺㊂此外,通过氢氧化钠和硫酸两步法也能刻蚀制备出T i3C2T x,但是较费时费力,且刻蚀效果不佳[26]㊂近期,L i等[27-28]使用路易斯酸氯化物熔盐(如Z n C l2和C u C l2)在高温下合成了以C l基团为表面官能团的T i3C2C l2M X e n e㊂其原理是氯化物是一种路易斯酸,它起到了H F中H+的作用,而C l-与F-的作用相似㊂该方法具有很好的普适性,能够刻蚀制备多种M X e n e (包括T i2C T x,T i3C N T x,N b2C T x,T a2C T x,T i2C T x和T i3C2T x),但是这种制备方法的条件仍然相对苛刻,工艺有待进一步改进㊂2T i3C2T x的结构和性质2.1T i3C2T x的原子结构湿法刻蚀剥离制备的T i3C2T x终端表面通常具有官能团㊂根据 O H和 F的取向,T a n g等[29]将T i3C2T x分为3类,如图1(a),(b)所示㊂A取向的T 官能团处于T i(2)原子的正上方㊂B取向的T官能团处于同侧C原子的正上方㊂Ⅰ型结构的T i3C2T x两侧均为取向A,Ⅱ型两侧均为取向B,Ⅲ型为一侧取向A,另一侧取向B,其中Ⅰ型最稳定㊂官能团在T i3C2两侧随机分布,并无特定顺序,且官能团间也无相关性[30-32]㊂另外,H o p e等[32]发现T i3C2T x并非只存在一种官能团,而是同时存在 O H和 F,并且T i3C2T x片层间的 O H都是不相邻的㊂2.2T i3C2T x的电子结构表面官能团的差异也会引起T i3C2T x的电子差异(图1(c)~(i))㊂图1(a)的3种M X e n e中,Ⅰ型和Ⅲ型表现出半导体性质;Ⅰ型T i3C2F2和Ⅲ型T i3C2 (O H)2的禁带宽度分别为0.04e V和0.05e V;Ⅱ型则表现出金属性质,并且Ⅱ型T i3C2T x在费米能级附近还存在较多的电子态[29]㊂此外,M i r a n d a等[33]制备得到了具有金属性质的单层T i3C2T x,其自由载流子密度和载流子迁移率分别为(8ʃ3)ˑ1021c m-3和(0.7ʃ0.2)c m2㊃V-1㊃s-1㊂2.3T i3C2T x的电学性质T i3C2T x具有极为优异的电导率,但是其制备工艺㊁表面官能团㊁纳米片的尺寸大小和T i3C2T x片层间的界面接触电阻等都会影响其电导率[3]㊂L i等[34]研究发现单层T i3C2T x的导电性能与石墨烯相当,远高于1T M o S2,而多层T i3C2T x的电导率只比其单层结构的低一个数量级,这表明T i3C2T x片层间的接触电阻很低㊂最近,M i r k h a n i等[8]制备了电导率高达14000S/c m的T i3C2T x薄膜,这一数值要远高于实际制备出的石墨烯宏观材料,因此T i3C2T x是一种极具潜力的电磁屏蔽材料㊂3电磁屏蔽机理电磁屏蔽是使用屏蔽体阻断电磁波的传播,使电磁波无法到达屏蔽区域的一种方法,这也是应对电磁干扰最有效的办法㊂通常电磁屏蔽材料的性能用屏蔽效能(s h i e l d i n g e f f i c i e n c y,S E,单位为d B)进行表征, S E=20l g(E1/E2)㊂其中E1,E2分别为有无屏蔽时某点的电场强度,由公式可知,S E值越大,屏蔽效能越好㊂通常屏蔽材料是通过反射㊁吸收及多重反射等作用衰减入射波的能量,因此S E=S E R+S E A+S E M R㊂其中,S E R,S E A和S E M R分别代表反射损耗㊁吸收损耗和多重反射损耗㊂S E R,S E A和S E M R的计算公式如下:S E R=20l g(η0/4ηs)=39.5+10l gσ/(2πfμ)=10l g[1/(1-R)](1)61第49卷 第6期T i 3C 2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展图1 T i 3C 2T 2结构的侧视图(a )和俯视图(b )以及单层T i 3C 2(c ),Ⅰ-T i 3C 2F 2(d ),Ⅱ-T i 3C 2F 2(e ),Ⅲ-T i 3C 2F 2(f ),Ⅰ-T i 3C 2(O H )2(g ),Ⅱ-T i 3C 2(O H )2(h ),Ⅲ-T i 3C 2(O H )2(i )的能带结构[29]F i g .1 S i d e v i e w (a )a n d t o p v i e w (b )o fT i 3C 2T 2s t r u c t u r e a n db a n d s t r u c t u r e s o f t h eT i 3C 2m o n o l a y e r (c ),Ⅰ-T i 3C 2F 2(d ),Ⅱ-T i 3C 2F 2(e ),Ⅲ-T i 3C 2F 2(f ),Ⅰ-T i 3C 2(O H )2(g ),Ⅱ-T i 3C 2(O H )2(h )a n d Ⅲ-Ti 3C 2(O H )2(i )[29]S E A =20l g e (d /δ)=8.7d πf μσ=10l g [(1-R )/T ](2)S E M R =20l g [1-e (2d /δ)](3)式中:η0和ηs 分别代表传播介质和材料的固有阻抗;σ是电导率;f 代表电磁波的频率;μ代表磁导率;d 是材料厚度;δ是趋肤深度(指电磁波能量降低到初始大小的1/e (e 是自然常数,eʈ2.71828)的深度,δ=1/(πf σμ));R 和T 则分别表示反射系数和透射系数,R +A +T =1,其中A 代表吸收系数㊂S E R 是由于屏蔽材料的阻抗与电磁波在空间的传输阻抗不匹配造成的,是屏蔽材料的带电粒子与电磁场发生相互作用的结果,S E R 与材料的尺寸并没有直接关系㊂由式(1)可知,材料的导电性越好,磁导率越低,S E R 越大,如金属材料(铜)的反射损耗较高,可以认为其对电磁波的屏蔽机理是全反射㊂由于T i 3C 2T x 这种M X e n e 电导率非常高,表面存在大量自由电子,当电磁波与T i 3C 2T x (如纯T i 3C 2T x 薄膜)相遇,大部分电磁波会被立刻反射,因此其反射损耗通常较大㊂S E A 是由于电磁波穿过屏蔽材料时,材料中的偶极子与电磁场相互作用将电磁波能量转化成热能而消散造成的㊂由式(2)可知,可以通过提高材料的厚度㊁磁导率㊁电导率(σ过大,反射损耗也增加)和电磁波的频率提高材料的吸收损耗㊂电磁波的吸收是由介电损耗和磁损耗造成的㊂材料的损耗能力通常用损耗因子t a n δ表示,它又可以分为电损耗因子(t a n δε)及磁损耗因子(t a n δμ),公式如下:t a n δε=εᵡ/ε'(4)t a n δμ=μᵡ/μ'(5)式中:μ'(磁导率的实数部分)和ε'(介电常数的实数部分)代表材料储存电磁波的能力;μᵡ(磁导率的虚数部分)和εᵡ(介电常数的虚数部分)则代表材料损耗电磁波的能力㊂因此,损耗因子越大,越有利于电磁波的吸收㊂对于T i 3C 2T x ,由于不含磁性物质,因此μ'ʈ1,μᵡʈ0,其电磁波吸收主要是通过介电损耗(主要包括极化弛豫和电导损耗)进行㊂何朋等[35]通过制备T i 3C 2T x /石蜡复合材料深入地研究了T i 3C 2T x 的电磁波吸收机理,发现电磁波的损耗途径主要是:(1)通过T i 3C 2T x 构成的电导网络以热的形式损耗即电导损耗;(2)T i 3C 2T x 表面缺陷㊁表面官能团以及界面导致的多重弛豫极化损耗;(3)少量电磁波以多重散射的形式损耗㊂S E M R 是指电磁波在屏蔽体内部多个界面处的重复反射与透射造成的电磁波损耗㊂一般S Eȡ15d B 时,S E M R 就可忽略不计㊂当材料厚度远大于趋肤深度δ,多重反射就可忽略,当厚度接近甚至小于趋肤深度时,则必须考虑多重反射[36]㊂另外,多孔结构可以提供更多的重复反射及散射界面,进而导致更大的吸收衰减,所以此时也需考虑多重反射引起的额外吸收损耗㊂对于需要轻质特性的航空航天以及便携式电子设备所用的电磁屏蔽材料,比屏蔽效能(s p e c i f i cE M I s h i e l d i n g ef f e c t i v e n e s s ,S S E ,S E /单位密度)是较重要的指标参数㊂但通过增加材料的厚度就能显著提高S S E ,这会使产品的质量增大㊂为了避免材料的厚度和密度对屏蔽效果的影响,绝对屏蔽效能(S S E /t ,其71材料工程2021年6月中t代表材料的厚度)是一个更加重要的评估指标㊂但是S S E/t会随着材料厚度的增加而降低,因此两种材料的S S E/t大小需要在相同的厚度下比较才有意义㊂4T i3C2T x基电磁屏蔽材料T i3C2T x具有高电导率㊁表面化学组成可控㊁高比表面积㊁易分散加工等优势,这使得其成为组装构建高性能电磁屏蔽材料的理想选择㊂其中高导电性是T i3C2T x材料具有高电磁屏蔽性能最主要的原因㊂通常,材料的厚度越大,其S E值会随之增大㊂但在厚度一致时,T i3C2T x的S E值与纯金属薄膜相当,而后者的电导率比T i3C2T x的要高两个数量级,这表明T i3C2T x的二维层状结构也发挥了较大的屏蔽作用㊂T i3C2T x独特的表面亲水化学结构和高导电性,使得这种二维材料易于加工和设计,由其组装的薄膜材料和三维多孔材料均展现出了极为优越的电磁屏蔽性能㊂4.1T i3C2T x基薄膜电磁屏蔽材料2016年,S h a h z a d等[7]采用原位生成H F刻蚀法(L i FʒT i3A l C2=7.5ʒ1)制得T i3C2T x纳米片,然后通过真空抽滤制备出柔性的T i3C2T x薄膜㊂这种T i3C2T x薄膜的电导率为4600S/c m,远大于M o2T i C2T x和M o2T i2C3T x两种M X e n e(图2(a)),因而其S E值也显著大于M o2T i C2T x和M o2T i2C3T x(图2(b))㊂当T i3C2T x薄膜厚度为45μm时,S E值可达92d B,这就意味着高达99.99999994%的入射电磁波会被屏蔽掉,性能超过了目前几乎所有的合成电磁屏蔽材料,使得T i3C2T x这种M X e n e材料在电磁屏蔽领域中展现出巨大的应用优势㊂另外,即使加入10% (质量分数,下同)的绝缘海藻酸钠,在厚度为8μm时,所构建的T i3C2T x/海藻酸钠复合薄膜的S E值仍然可高达57d B(图2(c))㊂经过分析得出,T i3C2T x薄膜优异的电磁屏蔽性能主要源自于其高的导电性,部分则来源于特殊的层状结构(图2(d))㊂当电磁波入射到高导电性的T i3C2T x薄膜表面时,由于空气与表面富含丰富自由电子的高导电T i3C2T x薄膜的界面处于高阻抗失配,因此大部分电磁波会立即被反射㊂剩余的电磁波在通过T i3C2T x晶格结构时,会与具有高电子密度的T i3C2T x发生相互作用并产生感应涡流,进而导致欧姆损耗以造成电磁波能量的急剧衰减㊂经过第一层T i3C2T x后残余的电磁波会继续遇到下一个阻挡层,进而重复相同的电磁波反射和衰减过程㊂由于T i3C2T x薄膜是由数千甚至上万层的T i3C2Tx图2 M X e n e s材料的电磁屏蔽性能及机理[7](a)T i3C2T x的电导率;(b)厚度约为2.5μm时T i3C2T x膜的S E值;(c)厚度约为8~9μm时T i3C2T x-海藻酸钠复合膜的S E值;(d)T i3C2T x膜的电磁屏蔽机理F i g.2 E M I s h i e l d i n gp e r f o r m a n c e a n dm e c h a n i s mo fM X e n e sm a t e r i a l s[7](a)e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y o fT i3C2T x;(b)E M I S Eo fT i3C2T x a t a t h i c k n e s s o f a b o u t2.5μm;(c)E M I S Eo fT i3C2T x-s o d i u ma l g i n a t e c o m p o s i t e s a t a t h i c k n e s s o f8μmt o9μm;(d)p r o p o s e dE M I s h i e l d i n g m e c h a n i s mf o rT i3C2T x f i l m81第49卷第6期T i3C2T x M X e n e基电磁屏蔽材料的研究进展纳米片组成,因而起到了多重散射和内部反射,最终使电磁波以热量的形式耗散殆尽㊂尽管上述T i3C2T x薄膜的S E值大于15d B,但是由于它的层状结构特性,多重内反射仍然不可忽略,这是因为重复反射的电磁波在材料中会以热的形式被吸收或耗散,因而它的贡献最终都被呈现在吸收效能中[37-39]㊂此外,T i3C2T x纳米片表面的T i和端基基团( F, O,或 O H)之间可能会产生局部偶极子,能引起偶极极化进而提高整体屏蔽性能㊂上述发表在‘S c i e n c e“上的工作开创了T i3C2T x M X e n e材料在电磁屏蔽领域应用的先河,为构建新一代高性能电磁屏蔽材料提供了新的机遇,国内外研究学者在上述工作基础上也纷纷跟进,并不断刷新T i3C2T x基材料S E 值的记录㊂本课题组吕通等[40]采用原位生成H F法成功制备出了大片单层低缺陷的T i3C2T x,通过真空抽滤法制得的T i3C2T x薄膜电导率可达3280S/c m,厚度为8μm时S E值高达60.6d B㊂为了探究单层和少层T i3C2T x的电磁屏蔽性能,Y u n等[2]采用层层自组装法构建出了具有不同层数的T i3C2T x薄膜(图3(a)),单层薄膜能实现20%的屏蔽效果,而当层数达到24层时(厚度为55n m)的S E值为20d B,从而能屏蔽掉99%的电磁波,并且其S S E/t达到惊人的3.89ˑ106d B㊃c m2㊃g-1㊂因此,使用很薄的T i3C2T x薄膜就可以达到厚重金属箔以及碳基复合材料的屏蔽效果,有望用于下一代轻便的微型电子器件和航空航天领域中㊂然而T i3C2T x薄膜在作为电磁屏蔽材料时存在力学性能较差的问题,这严重限制了T i3C2T x薄膜的实际应用㊂针对上述问题,C h e n等[9]发现T i3C2T x薄膜力学性能较差的主要原因是其层间存在残留的插层剂(如L i+),并且这些外援插层剂也会导致T i3C2T x 薄膜的导电性和耐水稳定性变差㊂为了解决这个问题,他们用质子酸溶液(0.1m o l/L的H C l)置换纳米片上吸附的插层剂,从而得到不含插层剂的纯净T i3C2T x薄膜(图3(b))㊂纯净的T i3C2T x薄膜电导率能从4620S/c m提高至10400S/c m,同时力学性能也能从10M P a提高至112M P a㊂最重要的是纯净T i3C2T x薄膜能在水氧环境中长期存在而不损失电导率和结构完整性㊂在厚度为3μm时纯净的T i3C2T x 薄膜的S E值为60d B(未处理T i3C2T x薄膜的S E值约图3 T i3C2T x薄膜的电磁屏蔽特性(a)单层及5层T i3C2T x薄膜的断面T E M图及不同层数T i3C2T x薄膜在X波段下电磁屏蔽S E值[2];(b)0.1m o l/L H+诱导前后T i3C2T x薄膜的外观和横截面S E M图及各种材料在不同厚度下的电磁干扰屏蔽性能比较[9];(c)A l3+增强T i3C2T x薄膜制备示意图及相关性能[41];(d)交替多层T i3C2T x/C N F复合薄膜微观结构及相关性能[43]F i g.3 E M I s h i e l d i n gp r o p e r t y o fT i3C2T x f i l m(a)c r o s s-s e c t i o n a lT E Mi m a g e s o fm o n o l a y e r a n d5-l a y e r a s s e m b l e dT i3C2T x f i l m s a n dE M I S Ev a l u e s i nX-b a n d r a n g e[2];(b)a p p e a r a n c e a n d c r o s s-s e c t i o n a l S E Mi m a g e s o fT i3C2T x f i l m sw i t h/w i t h o u t0.1m o l/L H+t r e a t m e n t a n d t h ec o m p a r i s o no fE M I S Ev e r s u s t h i c k n e s s a c r o s s aw ide r a n g e o fm a t e r i a l s[9];(c)s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no ff a b r i c a t i o no fA l3+t r e a t e dT i3C2T x f i l ma n d i t s p r o p e r t i e s[41];(d)m i c r o s t r u c t u r e o f a l t e r n a t i n gm u l t i l a y e r e dC N F@T i3C2T x f i l m s a n d i t s p r o p e r t i e s[43]91材料工程2021年6月50d B)㊂另外,L i u等[41]利用A l3+增强了T i3C2T x纳米片层之间的界面结合,使T i3C2T x薄膜的力学性能显著提升㊂但是A l3+的引入同时增加了层间距,使得电导率轻微下降,但是T i3C2T x薄膜的电导率仍然高达2656S/c m㊂在薄膜厚度为15μm时,其S E值也可高达52.8d B(图3(c))㊂为了进一步提高T i3C2T x薄膜的柔韧性和断裂拉伸性能,考虑到T i3C2T x这种MX e n e具有活性表面,研究者们尝试将T i3C2T x与聚合物进行复合㊂纤维素纳米纤维(C N F s)是一种具有发展潜力的高分子材料,它具有一维纳米结构㊁机械强度高㊁亲水性强等优点,常常作为复合材料的力学增强体使用㊂C a o 等[42]在T i3C2T x片层间引入C N F s,通过真空抽滤制备得到了具有类似 砖泥结构 的T i3C2T x/C N F s复合薄膜㊂C N F s与T i3C2T x存在氢键作用,显著提高了复合材料的强度和韧性,其拉伸强度和断裂应变分别为135.4M P a和16.7%㊂当T i3C2T x含量为80%时,复合薄膜的S E值为25.8d B㊂此外,Z h o u等[43]通过交替抽滤制备出了T i3C2T x/C N F s复合薄膜,在厚度为35μm时,其S S E/t达到7029d B㊃c m2㊃g-1(图3(d))㊂他们解释了这种 三明治 结构交替薄膜的电磁屏蔽机理以及性能优异的原因主要为:由于高阻抗失配,当遇到导电T i3C2T x基复合薄膜时,大部分入射电磁波(>90%)会被立即反射㊂然后,入射的电磁波在通过T i3C2T x基薄膜时,与高密度载流子(如电子㊁空穴和偶极子)相互作用,在界面㊁缺陷㊁终端基团等处产生大量极化和损耗㊂因此从宏观上看,上述相互作用和损耗导致了电磁波能量的急剧衰减㊂另外,这种交替薄膜能够极大地增加界面的阻抗失配,从而增强入射电磁波在界面的反射㊂当电磁波从第一层T i3C2T x穿过时,由于C N F层和T i3C2T x层之间的高阻抗失配,充当下一阻挡层的第二层T i3C2T x将再次反射透射的电磁波㊂在后续的T i3C2T x层中,透射的电磁波可以一次又一次地以 之字形 反射,进而导致透射率很小㊂另外,C a o等[44]也通过交替抽滤制备了具有多级结构且力学性能㊁电磁屏蔽性能优异的C N T s/T i3C2T x/C N F s复合纸,复合薄膜的拉伸强度及断裂应变分别为97.9M P a和4.6%,电导率为2506.6S/m,S E值高达38.4d B㊂将T i3C2T x与可大变形的聚合物进行复合能进一步拓展其实际应用㊂L u o等[45]通过真空抽滤的方法制备了柔性高导电的T i3C2T x/天然橡胶复合薄膜㊂天然橡胶和T i3C2T x二者的负电荷导致了静电斥力的形成,这使得T i3C2T x纳米片选择性地分布在天然橡胶粒子的表面,并且在T i3C2T x用量很低时就能形成导电网络㊂当T i3C2T x体积分数为6.71%时,复合薄膜的电导率为1400S/m,S E值为53.6d B㊂而且,三维的T i3C2T x网络也使天然橡胶的拉伸强度和模量分别提高700%和15000%㊂T i3C2T x分散液具有胶体的特性,因此将其负载在其他基底上很容易形成薄膜,C h o i等[46]在纳米槽天线阵列上通过滴涂法,制备了超薄T i3C2T x薄膜,发现T i3C2T x薄膜具有优异的太赫兹电磁波屏蔽性能㊂开槽天线(天线宽度500n m)顶部存在T i3C2T x时,其太赫兹波透射率大大降低,在频率为0.1T H z时,S E 值可达20d B(T i3C2T x薄膜厚度为210n m)㊂此外, V u r a l等[47]结合了T i3C2T x与喷墨打印的优点,设计了一种基于T i3C2T x的油墨并首次将其在不同基底上进行喷墨打印作为刺激响应电极㊂当基底为P E T 时,T i3C2T x基电极的电导率为1080S/c m,在电极厚度为1.35μm时,其S E值高达50d B㊂大规模制备柔性㊁透明㊁具有高电磁屏蔽性能的智能设备是现今的研究热点,W e n g等[48]通过旋转喷涂层层自组装技术(S S L B L)制备了柔性且厚度㊁透明度及电导率都可控的T i3C2T x/碳纳米管(C N T)复合薄膜(图4(a))㊂与传统的浸涂法相比,该方法效率显著提高(几分钟v s几天)㊂S S L B L可以逐层地将带有相反电荷材料组装起来㊂他们通过在具有相反电荷的高分子层中加入碳纳米管(C N T s)和T i3C2T x(一层是T i3C2T x-P V A,带正电;一层是C N T-P S S,带负电),成功制得了高达数百个双层单位的复合薄膜㊂其中, C N T与T i3C2T x层之间的强烈静电与氢键结合作用赋予复合薄膜高柔韧性㊂而且,分散于各层内的T i3C2T x 与C N T本身具备优良的导电性,加上这种层层叠加的特殊结构,使其展现出了非常优异的电磁屏蔽性能,其中高导电半透明T i3C2T x/C N T复合薄膜电导率可达130S/c m,S S E/t值可达58187d B㊃c m2㊃g-1㊂科技的发展也促进了传统纺织品的变革,使其更趋于多功能化,但新功能的引入也可能破坏纺织物原有结构和特性㊂W a n g等[49]将防水㊁防寒及电磁屏蔽等新功能与传统织物的透气性和可洗涤性结合起来制备了多功能织物(图4(b))㊂为了提高织物的结构稳定性同时赋予其优异的电磁屏蔽性能,他们将原位聚合的聚吡咯改性T i3C2T x沉积到聚对苯二甲酸乙二醇酯织物表面,另外为了提高防水性能,使用了硅树脂涂层㊂该多功能织物电导率高达1000S/m,厚度为1.3m m时其S E值高达90d B㊂为了提高多功能织物的疏水能力㊁透气性及电磁屏蔽性能,同时使织物具备湿度监测(图4(c))功能,L i u等[50]进一步通过真空辅助层层组装喷雾法,在织物上负载T i3C2T x及银纳米02。

电磁屏蔽材料的屏蔽原理及研究现状

电磁屏蔽材料的屏蔽原理及研究现状

第7期
王锦成 :电磁屏幕蔽材料的屏蔽原理及研究现状
·1 7 ·
金属屏蔽材料一般都比较薄 ,A 也比较小 ,通常考虑
内部多次反射衰减 B 。在此情况下 ,内部多次反射
衰减 B 。在此情况下 ,内部反射甚至可以发生多次 ,
形成多次反射 。用“多次反射修正项”B 来表示这种
衰减 。
对于近场源 :
B ( dB ) = 20 lg | 1 - eλ/ 413362 |
通过屏蔽材料就有吸收 ,它与材料厚度成线性增加 ,
并与材料的电导率及磁导率有关 。
反射衰减 R 不仅与材料的表面阻抗有关 ,同时
也与辐射源的类型及屏蔽体到辐射源的距离有关 。
对于远场源 (平面波辐射源) :
R ( dB ) = 168 - 10 lg ( fμr/ O r)
(3)
对于近场源 :
磁场 :
导电性好 ,不易 部分脱落
适用 的 塑 料 种
类有限 ,设备费 高, 需特种技 术 ,有公害
导电塑料
将导 电 填 料 直 接混入塑料
成型 与 屏 蔽 一 体 ,价格低
导电性较差 ,塑 料强度下降
加金属网 加上金属网

网 眼 大 。屏 蔽 效果降低
铜强 ,因而成为当前欧美等国家电磁屏蔽用涂料的 主流 。涂 层 厚 度 为 50 ~ 70μm 时 , 体 积 电 阻 率 为 10 - 3Ω ·cm , 屏 蔽 效 果 可 达 30 ~ 60dB ( 500 ~
Abstract The harms of electromagnetic radiation to electric equipment ,fuel ,animals and human were intoduced ,and

电磁屏蔽材料的屏蔽机理及现状分析

电磁屏蔽材料的屏蔽机理及现状分析

一、电磁屏蔽材料的屏蔽机理
电磁屏蔽材料的屏蔽机理主要分为自由空间屏蔽、导体屏蔽和高分子材料屏 蔽三种。
1、自由空间屏蔽:自由空间屏蔽是指利用导电材料对电磁波的反射和吸收 作用,将电磁波限制在一定范围内。具有高导电性能的金属材料(如铜、铝等) 具有较好的自由空间屏蔽效果。
2、导体屏蔽:导体屏蔽主要利用导电材料的导电性能,将电磁干扰通过导 电材料迅速传递,从而降低电磁干扰对电子设备的影晌。导电胶带、导电涂料等 是常见的导体屏蔽材料。
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电磁屏蔽材料的屏蔽机理及现 状分析
目录
01 一、电磁屏蔽材料的 屏蔽机理
02
二、三、电磁屏蔽材料的 研究现状
04
四、电磁屏蔽材料的 未来展望
05 参考内容
随着电子设备的广泛应用,电磁干扰(EMI)和电磁辐射(EME)问题日益严 重,对人类健康和电子设备性能产生负面影响。电磁屏蔽材料作为一种能够有效 抑制电磁干扰和辐射的材料,越来越受到人们的。本次演示将简要介绍电磁屏蔽 材料的屏蔽机理及现状分析的研究背景和意义,回顾电磁屏蔽材料的发展历程, 详细介绍电磁屏蔽材料的屏蔽机理,分析目前电磁屏蔽材料的研究现状,并对电 磁屏蔽材料的未来展望进行探讨。
三、电磁屏蔽材料的研究现状
目前,电磁屏蔽材料的研究主要集中在国内外高校、研究机构和企业在内的 多个领域。其中,一些研究成果已经得到了广泛应用。例如,手机、电脑等电子 产品中使用的导电橡胶和导电涂料,以及汽车工业中用于电磁屏蔽的金属网和导 电橡胶条等。同时,针对不同行业的特殊需求,各种具有特殊性能的电磁屏蔽材 料也不断被研发出来。
1、电子设备:手机、电脑、电视等电子产品在运行过程中都会产生一定的 电磁辐射,而电磁屏蔽材料可以有效地降低电磁辐射对人体的影响。此外,在电 力传输、电子元器件等方面,电磁屏蔽材料也能够起到保护作用,提高设备的稳 定性和可靠性。

木基电磁屏蔽

木基电磁屏蔽

林业工程学报,2024,9(2):14-22JournalofForestryEngineeringDOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202302013收稿日期:2023-02-17㊀㊀㊀㊀修回日期:2023-06-28基金项目:茂名实验室自主科研项目(2022ZD002);广东省基础与应用基础研究青年基金(2022A1515110008)㊂作者简介:林秀仪,女,副教授,研究方向为生物质功能复合材料㊂通信作者:胡传双,男,教授㊂E⁃mail:cshu@scau.edu.cn木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展林秀仪1,2,戴振华1,韦喻译1,徐江涛1,胡传双1,2∗(1.华南农业大学材料与能源学院生物质材料与能源教育部重点实验室,广州510642;2.岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心,茂名525032)摘㊀要:生命健康㊁精密仪器和国防信息等领域对电磁屏蔽/吸波材料均有迫切的需求,但传统金属基电磁屏蔽/吸波材料存在屏蔽效能质量比低㊁易造成二次环境污染和屏蔽机理单一等不足,而新型碳基纳米电磁屏蔽/吸波材料制备烦琐㊁价格昂贵㊂木材及其衍生品具有多级孔结构㊁强重比高㊁绿色低碳㊁易加工㊁可再生等天然优势,开发轻质㊁环境友好的木基电磁屏蔽/吸波材料逐渐成为研究热点㊂系统分析和讨论了国内外木基电磁屏蔽/吸波材料的研究进展,介绍了电磁屏蔽材料的基本概念和原理,对比了涂层型㊁填充型㊁碳化型3种制备方法的特点及适用范围,总结了制备工艺㊁孔隙结构㊁导电/磁性填充组分等因素对电磁屏蔽和吸波性能的影响,并分析了木基电磁屏蔽/吸波材料中的电磁屏蔽机理和吸波机制,以及木质材料的各向异性结构对屏蔽性能的调控机制,最后对木基电磁屏蔽/吸波材料的未来发展趋势和研究重点进行了展望,可为木基电磁屏蔽/吸波材料的研发提供一定参考㊂关键词:木材;电磁屏蔽;电磁波吸收;木基屏蔽材料;木基吸波材料中图分类号:X5㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:2096-1359(2024)02-0014-09Researchprogressofwood⁃basedelectromagneticinterferenceshielding/waveabsorbingmaterialsLINXiuyi1,2,DAIZhenhua1,WEIYuyi1,XUJiangtao1,HUChuanshuang1,2∗(1.KeyLaboratoryforBiobasedMaterialsandEnergyofMinistryofEducation,CollegeofMaterialsandEnergy,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;2.MaomingBranch,GuangdongLaboratoryforLingnanModernAgriculture,Maoming525032,China)Abstract:Lifehealth,precisioninstruments,andnationaldefensesafetyseekforthehighperformanceandgreenelec⁃tromagneticshielding/waveabsorbingmaterials.However,traditionalmetal⁃basedmaterialshavedrawbacksoflowshieldingeffectiveness⁃to⁃densityratio,secondaryenvironmentalpollution,andsingleshieldingmechanism.Mean⁃while,carbon⁃basednanomaterialsarecomplextoprepareandexpensive.Woodanditsderivativeshavenaturalad⁃vantagessuchasmulti⁃levelporestructure,highstrength⁃to⁃weightratio,environmentalfriendliness,easyprocessing,andrenewability.Asaresult,theyhavebeenconsideredassuitablematerialsfordevelopinglightweight,environmentallyfriendlyelectromagneticshielding/waveabsorbingmaterials.Thisreviewfirstintroducedthebasicprinciplesofelectromagneticshieldingandwaveabsorption,andelucidatedtherelationshipbetweenrelevantelectro⁃magneticparametersandshieldingperformance.Thecharacteristicsandapplicationofthreecommonpreparationmeth⁃odswerecompared,includingcoating,filling,andcarbonization.Thecoating⁃typedepositsdifferentconductivelayertothesurfaceofthewood,whichisfacileandabletomaintainthehigh⁃strengthofwood,buttheperformanceishighlydependentonthecoatingmaterial.Filling⁃typeistoaddtheconductiveormagneticfillerintothewoodenstruc⁃ture,anddelignificationisalsoappliedforbetterdistributionofconductiveormagneticcomponents.Itcanbeusedinthewearableelectronicdevice,butthepreparationiscomplex.Carbonization⁃typereferstoheatthewoodtotempera⁃turesabove800°Cforobtainingconductiveskeleton,andconductiveormagneticcomponentsareaddedtofurtherim⁃provetheperformance.Althoughhighperformancecanbeachieved,theirmechanicalpropertiesarepoor.Thisreviewthensummarizedtheeffectsofpreparation,porestructure,andconductive/magneticcomponentsontheelectromag⁃neticshielding/waveabsorbingperformance.Theperformanceusuallyincreaseswiththeelectricalandmagneticcon⁃ductivity,thus,theadditionoftheconductiveormagneticcomponentsisoftenappliedtoimprovetheperformance.㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展Theorthotropicstructureofthewood⁃basedmaterialsalsomanipulatestheelectromagneticshieldingmechanism,hencetheshieldingperformancealongthegraindirectionandperpendiculartothegraindirectionisdifferent.Themainwaveabsorbingmechanismisthemulti⁃internalreflectionofelectromagneticinsidethepores,henceporousstructureandporosityplayavitalroleinimprovingtheperformance,andlow⁃densitywoodspeciesischosen.Finally,thede⁃velopmenttrendandresearchfocusofwood⁃basedelectromagneticinterferenceshielding/waveabsorbingmaterialsisprospected.Thisstudycanprovidethebackgroundinformationforthefuturedevelopmentofthewood⁃basedelectro⁃magneticinterferenceshielding/waveabsorbingmaterials.Keywords:wood;electromagneticinterferenceshielding;electromagneticwaveabsorption;wood⁃basedelectromagneticshieldingmaterial;wood⁃basedabsorbingmaterial㊀㊀电子设备的普及和5G/6G通信技术的发展带来了日益严重的电磁辐射污染,不仅影响电子元件的工作寿命,甚至威胁人类健康㊂电磁辐射已经成为继水污染㊁大气污染㊁噪声污染之后的第四大公害㊂同时,随着商用㊁雷达监测和军事应用等应用场景日益复杂化,科研人员对电磁防护材料的探索逐渐深入㊂为满足下一代电磁防护的要求,亟须发展可用于高频率和宽频率覆盖的电磁屏蔽和吸波材料㊂传统的金属基电磁屏蔽材料表现出优异的屏蔽性能,但其高密度和较差的耐腐蚀性限制了实际使用[1]㊂为顺应电磁屏蔽㊁吸波材料轻量化和稳定性的趋势,新兴的纳米材料如碳纳米管㊁石墨烯已经引起了广泛的关注㊂然而,一些新兴的碳基纳米屏蔽和吸波材料制备过程复杂㊁价格昂贵,且以不可再生的化石资源为原料,不利于环境的可持续发展㊂此外,新兴的MXene材料结合了金属的卓越导电性和碳基材料的高化学稳定性,被认为是很有前途的电磁屏蔽材料[2],但是合成MXene材料的原材料MAX相的价格昂贵,主流的合成方法需使用氢氟酸蚀刻MAX相,危险性较高[3]㊂作为一种丰富的天然材料,木材拥有独特的分层多孔结构,从细胞壁的纳米尺度延伸到树干的宏观尺度㊂木材的孔道可视为微型波导,电磁波入射到木基材料表面时,根据波导理论,当波长大于波导横截面长度的两倍时,微波会在波导内衰减,木材较小的横截面尺寸将有利于更快地衰减微波[4]㊂另外,木基材料与人造的纳米纤维素⁃MXene仿生气凝胶[5]㊁Ti3C2Tx空心微球[6]多孔材料相比,直接利用木材天然多孔结构的制备过程更加简便和高效㊂木材及其衍生品还具有强重比高㊁绿色低碳㊁易加工㊁可再生等优势,使其成为电磁屏蔽/电磁波吸收材料的主要基材㊂探索开发性能优异的木基电磁屏蔽/吸波材料应用于家装家居㊁健康防护㊁信息保护㊁军事㊁国防安全等领域,具有非常广阔的应用前景㊂为缓解不可再生资源的压力,减轻电磁辐射对人体健康及各方面的危害,拓宽木材的应用前景,探索绿色高效的可再生电磁屏蔽/吸波材料尤为关键㊂将木材作为电磁屏蔽/吸波复合材料的基材,能够充分利用木材结构的天然优势,为构建绿色电磁屏蔽/吸波材料提供可能[7-8]㊂1㊀电磁屏蔽简介1.1㊀电磁屏蔽原理电磁屏蔽是利用屏蔽材料反射或吸收电磁波,从而阻拦电磁波的传播㊂通常用屏蔽效能(SE)来评估材料衰减电磁波的能力,其值用分贝(dB)表示㊂根据Schelkunoff理论,屏蔽材料的主要机理包括反射损耗(SER)㊁吸收损耗(SEA)和多重反射损耗(SEMR)㊂反射损耗是电磁波与屏蔽材料表面自由电荷之间相互作用的结果,与界面处的波阻抗有关㊂吸收损耗反映屏蔽材料将电磁波能量转换为热能的能力,主要取决于电导损耗和极化弛豫㊂一般当屏蔽效能值大于10dB时,多重反射损耗可以忽略[9]㊂进入屏蔽材料的电磁波主要通过介电损耗和磁损耗进一步吸收㊂反射损耗和吸收损耗的和为总屏蔽效能(SET)[10],民用标准需大于30dB[11]㊂1.2㊀吸波材料工作原理吸波材料需具备良好的匹配性和衰减性,不仅使入射电磁波能够最大程度地进入吸波材料内部,且能使电磁波能量快速衰减㊂常用反射损耗评估材料的吸收性能,根据电磁波传输线理论,反射损耗(RL)㊁阻抗匹配(Z)和衰减常数(α)定义为[12]:RL=20lg(Zin-Z0)(Zin+Z0)(1)Z=ZinZ0=μrεrtanhj2πfdcæèçöø÷μrεréëêêùûúú(2)α=2πfcˑ(μᵡεᵡ-μᶄεᶄ)+(μᵡεᵡ-μᶄεᶄ)2+(μᶄεᵡ+μᵡεᶄ)2(3)51林业工程学报第9卷式中:Zin㊁Z0㊁d㊁εr㊁μr㊁f和c分别为吸波材料输入阻抗㊁自由空间阻抗㊁样品厚度㊁复介电常数(εr=εᶄ-jεᵡ)㊁复磁导率(μr=μᶄ-jμᵡ)㊁频率和光速;εᶄ和εᵡ为复介电常数的实部和虚部;μᶄ和μᵡ为复磁导率的实部和虚部㊂εᶄ代表材料对电荷能量的储存能力,εᵡ代表材料对电荷能量的损耗能力㊂类似地,μᶄ代表材料对磁能量的储存能力,μᵡ代表材料对磁能量的损耗能力㊂阻抗匹配(当Z接近1时)表明大部分入射电磁波能进入吸波材料内部而不在其表面发生反射,即材料表面的输入阻抗与自由空间的特征阻抗尽可能地接近[13]㊂RL值越小说明其吸波性能越好㊂1.3㊀电磁损耗机制1.3.1㊀介电损耗极化弛豫损耗和传导损耗是决定介电损耗的两个因素[14]㊂传导损耗强度(εcᵡ)的计算公式为[15]:εcᵡ=σπε0f(4)式中,σ㊁ε0㊁f分别为电导率㊁真空介电常量㊁频率㊂通过式(4)可知,提高电导率可改善传导损耗㊂极化弛豫主要来自电荷的局部移动和交变电磁场中的偶极矩变化[16]㊂离子和电子极化通常发生在相对较低的频率区域[17];电子或原子极化在超高频[18];在微波区,偶极子存在于多组分材料系统的晶体缺陷或界面上,相应的极化被称为界面极化[19]㊂1.3.2㊀磁损耗磁损耗由旋磁涡流㊁磁滞损耗㊁阻尼损耗和磁后效应等组成,主要来源是和磁机制相似的磁畴壁位移㊁磁畴转向以及磁畴自然共振等[20]㊂微波区有效的磁损耗形式为涡流损耗和自然铁磁[21]㊂磁性材料可以响应外部改变的磁场并形成感应涡流,产生的相应损耗叫涡流损耗[22]㊂涡流损耗涉及从磁场到电能的能量转换,通过式(5)可知,涡流损耗(Co)与屏蔽材料的厚度㊁磁导率㊁电导率等相关[23]㊂Coʈ2πμ0μᶄ2σD2f3=μᵡ(μᶄ)-2f-1(5)式中,D㊁μ0㊁σ分别为屏蔽材料的厚度㊁真空磁导率㊁电导率㊂如果涡流只是涡流损耗的结果,则Co应该为常数,不随频率发生改变[24]㊂但感应涡流会辐射反向磁场,尤其是在磁性金属上,导致最大趋肤深度降低,进而导致微波吸收能力降低㊂然而,当电导率较低时,CoFe2O4㊁Fe3O4和NiFe2O4等磁性氧化物中产生的涡流损耗有利于电磁波的吸收㊂因此,涡流损耗是否有助于微波吸收取决于材料的电导率[25]㊂2㊀木基电磁屏蔽材料木基电磁屏蔽材料的制备方法可分为三大类:涂层型㊁填充型㊁碳化型㊂3种制备方法的优缺点如表1所示[26⁃35]㊂表1㊀木基电磁屏蔽材料常见的制备方法和优缺点Table1㊀Commonpreparationmethodsandadvantages/disadvantagesofwood⁃basedelectromagneticshielding/waveabsorbingmaterials制备方法优点缺点主要参考文献涂层型制备方法简便设备昂贵㊁涂层材料成本高;复杂形状时难以大规模实施[26-29]填充型复合方式丰富导电导磁材料分布不均匀;制备过程复杂烦琐[30-31]碳化型导电性优异碳化过程能耗大;反射机理主导,二次污染严重[32-35]2.1㊀涂层型木基屏蔽材料2.1.1㊀化学镀东北林业大学李坚院士团队在2005年开始对木材基材展开非钯活化化学镀的探索[26],如NaBH4溶液活化[36]㊁γ⁃氨丙基三羟基硅烷(APTES)活化[27]㊂镀层材料也逐渐向多元化发展,包括Cu[37]㊁Ni⁃P[26,38]㊁Ni⁃Cu⁃P[39]㊁Ni⁃Fe⁃P[40]等,上述木基电磁屏蔽材料在1.5GHz的SE值约为60dB㊂镀层的复合结构对屏蔽性能的提升有显著作用㊂Guo等[41]和Pan等[42-45]构建了Ni/木材/Ni(图1)㊁木材/Cu⁃Fe3O4@Graphene/Ni㊁Cu⁃Ni多层木基复合材料,在300kHz 3GHz,SE值达到90dB以上㊂通过不断深入地研究,木基化学镀屏蔽材料也朝多功能的方向前进㊂Xing等[46]将微米级别的铜颗粒镀到木材表面,不仅获得良好的电磁屏蔽能力,还具有自清洁性能和超疏水性能㊂化学镀法可获得优异电磁屏蔽性能,且不受材料形状及大小限制,在复杂木材表面也能形成导电层;然而化学镀所用溶液稳定性差,且镀层易脱落㊂61㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展图1㊀Ni/木材/Ni复合材料屏蔽机理示意图Fig.1㊀ShieldingmechanismofNi/wood/Nicomposite2.1.2㊀磁控溅射磁控溅射是一种物理气相沉积技术㊂常德龙等[47-48]发现在磁控溅射镀膜前用异佛尔酮二异氰酸酯的MF3型异氰酸酯树脂封闭能提升镀膜质量,设置磁控溅射镀膜参数为真空度10-2 10-4MPa㊁靶材温度200ħ㊁溅射时间100s,能够在木材表面形成连续且稳定的金属薄膜镀层㊂该木基屏蔽材料在30MHz 1.5GHz频段的SE值大于30dB㊂磁控溅射技术具有操作简单㊁控制方便㊁镀膜稳定性高等优点,但是磁控溅射设备昂贵,且样品尺寸受限㊂2.1.3㊀其他涂层型除镀层型木基电磁屏蔽材料外,还有喷涂㊁刷涂方式的涂层型木基电磁屏蔽材料㊂Cheng等[49]在透明木材基材上喷涂纳米银线/MXene复合材料来构建三明治复合材料,发现该材料不仅具有良好的电磁屏蔽性能,而且在可见光范围内表现出28.8%的最大透光率㊂Wei等[28-29,50]系统地研究了3种涂覆方法(真空辅助浸渍㊁喷涂和刷涂)对MXene/Wood复合材料电磁屏蔽性能的影响(图2),结果表明,刷涂法能够提供一个平坦且连续的MXene层,因此在MXene沉积量较少时就能形成有效的导电网络㊂当MXene的沉积量为1.41mg/cm2时,该复合材料的SE值为40.5dB(X波段)㊂表面涂覆方法操作简便,对样品大小㊁设备要求低,但是涂层与木材基材的结合强度还有待提高㊂图2㊀涂覆方式对MXene/木材复合材料性能的影响Fig.2㊀EffectsofcoatingmethodsontheMXene/woodcomposites2.2㊀填充型木基屏蔽材料原位聚合方法是制作填充型木基屏蔽材料的有效技术手段㊂He等[51]在木材中原位聚合导电聚苯胺,通过改变掺杂剂的浓度,木材/聚苯胺复合材料的电导率为2.57ˑ10-5 9.53ˑ10-3S/cm,其SE值为30 60dB(10MHz 1.5GHz)㊂在未处理的木材上较难均匀填充导电材料,脱木素处理可使木材的纤维素纤维暴露出来,有利于导电材料的均匀交联复合㊂Chen等[52]在脱木素处理后的木材中原位聚合聚苯胺,电导率可达0.22S/cm,是未进行脱木素处理的23倍㊂Gan等[30]先脱木素再原位聚合聚吡咯(图3),木材通道被一层相互连接的71林业工程学报第9卷聚吡咯紧密地包裹,电导率高达0.39S/cm,在X波段的SE值为58dB㊂真空加压浸渍也可以改善木材中导电组分的分布,例如MXene㊁碳纳米管等[53-57]㊂Zhu等[55]将木材气凝胶真空加压浸渍于MXene溶液中,经脱木素㊁浸渍MXene㊁热压机致密化处理所得的MX⁃ene/木材复合膜的SE可达72dB,还显示出卓越的阻燃性能和自熄效应[56]㊂木基气凝胶或者薄膜材料可应用于传感器和可穿戴设备等方面[53],拓展了木材的使用范围㊂填充型木质电磁屏蔽材料具有良好的稳定性和耐久性,但由于导电材料难以在木材内部均匀沉积,往往需要和脱木素或者碳化法结合使用,因此制备过程较为复杂㊂图3㊀木材/聚吡咯复合材料Fig.3㊀Wood/polypyrrolecompositesmaterials2.3㊀碳化型木基屏蔽材料2.3.1㊀碳化木木材在惰性气体中碳化后可获得导电性,同时保留分层多孔结构,有利于电磁波的多次反射,碳化木在电磁屏蔽领域具有竞争力㊂Zhao等[32]发现碳化木的屏蔽性能具有各向异性,在横切面和弦切面的SE值分别为54.9和46.4dB(K波段)㊂除此之外,碳化木的孔径结构和角度取向也会影响电磁屏蔽性能㊂Dai等[34-35]通过改变木材的压缩率得到不同孔径的碳化木,压缩率为40%的碳化木在K波段显示出卓越的电磁屏蔽效果,最高可达71.69dB㊂其电磁屏蔽机理如图4a所示,当碳化木的纹理方向与入射电磁波电场方向的夹角由90ʎ(垂直)转向0ʎ(平行)时,平均SE值从29dB升高到77dB(图4b)㊂该研究为通过结构实现电磁屏蔽性能的实时调控提供灵感㊂2.3.2㊀碳化木/导电组分复合材料将碳化木与导电材料(MXene㊁CNT㊁V2AlC等)复合能够进一步提升导电性能和电磁屏蔽性能㊂Yuan等[58]将碳化木浸泡在纳米银线溶液中得到WCM@N⁃G@AgNWs,其在X波段的SE值超过60dB㊂Liang等[33]在碳化木的多孔结构中填充a)不同孔径碳化木的电磁屏蔽机理;b)具有不同电场⁃木纹夹角的碳化木电磁屏蔽示意图㊂图4㊀电磁屏蔽机理Fig.4㊀EMIshieldingmechanismMXene气凝胶,在0.197g/cm3的密度下SE值高达71.3dB(X波段)㊂Zheng等[59]在聚多巴胺涂覆的脱木素基材上原位引入银纳米粒子,然后在850/1200ħ下进行碳化,最后嵌入环氧树脂基体中,导电聚多巴胺和银纳米粒子的引入使得X波段的电磁屏蔽性能大幅提升㊂Huang等[60]以碳化木材(CW)为模板制备V2AlC@CW,当太赫兹波(0.6 1.6THz)传输到V2AlC@CW的表面时,高电子密度的V2AlC涂层可反射太赫兹波,SE值可达55dB㊂此外,CW和V2AlC可以诱发有效的界面极化,从而增强太赫兹波的损耗能力,剩余的太赫兹波则在通道中内部反射而进一步耗散㊂2.3.3㊀碳化木/磁性组分复合材料磁性粒子(Ni㊁Fe2O3㊁Co等)和碳化木复合能够提升碳化木复合材料的石墨化程度,从而提升其电导率㊂Zheng等[61]和Cheng等[62]制备Ni/碳化木和Ni@NCNT/碳化木,在X波段中的SE值分别为50.8和73.7dB㊂Zhao等[63]在碳化木骨架上进行镍离子还原和碳纳米管原位生长,构建磁性泡沫CW@Ni@CNTs,屏蔽机制以吸收为主,该磁性碳泡沫的屏蔽性能可以通过应用电压来调节,此设计推动了电压驱动方式的探索㊂Li等[64]通过原位微波辅助热解的方法,得到磁性氧化铁(γ⁃Fe2O3)纳米颗粒/多孔碳(PC)复合材料,γ⁃Fe2O3/PC在X波段的SE值为44.80dB㊂Ma等[65]在木材上原位生长ZIF⁃67,然后在1000ħ下进行碳化,以制备Co/C@WC复合材料,其在X波段下的SE值为43.2dB,此外还表现出隔音㊁耐温和良好的机械性能㊂81㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展2.3.4㊀其他碳化木复合材料碳化木还能制备成薄膜材料,增加其应用范围㊂超薄木片经压缩㊁碳化㊁原位生长ZIF⁃8后可得到具有密集层状网络结构的导电碳化木膜,该材料在X波段的平均SE值为46dB,并且表现出优异的焦耳热性能[66]㊂碳化木还可作为导电组分填充入高分子基材中㊂Shen等[67]将1200ħ处理的碳化木加入环氧树脂基材,当厚度为2mm时,在X波段的平均SE值为27.8dB㊂Zhou等[68]将石蜡和碳化木结合,在X波段的SE值为24.4dB㊂得益于良好的导电性,碳化型木基屏蔽材料具有宽频波段的优异屏蔽性能,然而屏蔽机理以反射为主;此外,碳化后木材的强度降低,且制备过程需要较高的温度,成本较高㊂3㊀木基电磁波吸收材料3.1㊀介电损耗型木基吸波材料介电损耗型木基吸波材料的吸波性能主要由电导率决定,同时还需提高阻抗匹配,使电磁波可以入射到材料内部㊂Zhu等[55]制备的MXene/Wood气凝胶在垂直于木材生长方向表现出电磁波吸收特性,由于MXene(Ti3C2TX)与自由空间之间合适的阻抗匹配和较强的电磁波耗散能力,MXene负载浓度的增加有利于拓宽吸收带宽,当负载质量浓度为6mg/mL时,有效吸收带宽覆盖整个X波段㊂导电材料的负载量和碳化温度都可以调控电导率㊂Xi等[4]基于天然杉木设计多孔碳化木,通过碳化温度的优化使得吸波性能最大化㊂当碳化温度为680ħ时,其RLmin值达到68.3dB,有效吸收带宽为6.13GHz㊂3.2㊀磁损耗型木基吸波材料磁性材料填充主要用于电磁波的吸收,磁性粒子和木材的耦合能引发磁性相关的极化,有助于增加电磁波的吸收损耗㊂其吸波性能与填充的磁性粒子大小㊁排布方式㊁负载量等因素有关㊂Lou等[31]通过真空加压浸渍的方法在木材上原位合成Fe3O4纳米粒子来制备磁性木材,RLmin为-64.26dB,有效吸收带宽为5.20GHz㊂Xu等[69]将磁性Fe3O4/ZIF⁃67粒子嵌入木基气凝胶中,合成一种轻型可压缩的木基吸波材料,RLmin为-23.4dB,有效吸收带宽为3.50GHz㊂3.3㊀介电损耗和磁损耗结合型木基吸波材料面对日益复杂的电磁环境,单一吸收机制的吸波材料不能满足高性能吸波材料的要求,吸波材料的研究热点趋向多吸收机制结合㊂导电的碳化木可提供介电损耗,磁损耗则来源于填充的磁性粒子㊂Dong等[70]和Hu等[71]在碳化木上原位生成MnO纳米棒,归因于碳化木和MnO纳米棒之间的协同效应以及分级结构,该复合材料在10.4GHz时的RLmin为-51.6dB,有效吸收带宽为14.2GHz㊂碳化木与磁性材料(如Fe/Co[72-73]㊁Ni/Co[74])多元耦合还可以制造界面缺陷,增加界面极化㊁偶极化和磁损耗等,进一步吸收入射电磁波㊂复合材料的结构设计也是提高电磁波吸收的途径㊂Xiong等[72]以碳化木的平行通道为 果皮 ,MOF衍生的纳米笼作为 果肉组织 ,嵌入纳米笼的FeCo纳米合金作为 种子 ,制备类似番茄的分层多孔结构FeCo/C@WC(图5)㊂微孔碳化木和碳纳米笼使复合材料具有优良的分层介电耦合网络,同时,均匀分散的FeCo纳米颗粒增强了对碳质基底的磁损耗,提高了阻抗匹配㊂图5㊀番茄状分层多孔的FeCo/C@WCFig.5㊀Tomato⁃likelayeredporousFeCo/C@WC木基电磁波吸收材料的吸波性能主要取决于填充的导电㊁导磁材料性质和负载量,碳化木可以作为载体材料和各种新型纳米吸波粒子复合㊂如果碳化温度或导电性太高,会导致阻抗失配,因此碳化温度需要控制在一定范围内㊂4㊀木基电磁屏蔽/吸收材料的发展趋势㊀㊀面对日益严重的电磁污染问题,亟须探索轻质㊁可再生的电磁屏蔽/吸波材料㊂木材不仅资源丰富,还具有独特的分层多孔结构㊂将木材作为基材,通过和导电㊁导磁材料耦合,复合结构设计等手段制造木基电磁屏蔽/吸波材料,可为构建绿色电磁屏蔽材料提供有效途径㊂根据研究现状,对木基电磁屏蔽/吸波材料的未来研究展望如下:1)与导电组分复合制备的木基屏蔽材料性能优异,但高电导率导致阻抗失配使得电磁波以反射为主,从而造成电磁波的二次污染㊂因此,需深入91林业工程学报第9卷研究微观结构对屏蔽性能的影响机理,从追求高电导率转为通过结构的优化提高阻抗匹配和屏蔽性能㊂2)当前,5G通信主要在微波频段(3 26.5GHz),未来6G通信将会进入太赫兹频段(95GHz 3THz)㊂针对不同频段的通信技术和日益复杂的电子设备,为满足下一代电磁防护的要求,亟须发展高频率和宽频段覆盖的木基电磁屏蔽/吸波材料㊂3)为满足未来复杂的应用场景,还应研究木基电磁屏蔽/吸波材料对环境的适应性,例如环境稳定性㊁耐低/高温性能㊁阻燃性等;同时开发更多功能,拓宽木基电磁屏蔽材料的应用前景,如在散热器㊁电热转化器㊁传感器等不同领域的应用㊂参考文献(References):[1]JALALIM,DAUTERSTEDTS,MICHAUDA,etal.Electro⁃magneticshieldingofpolymer⁃matrixcompositeswithmetallicnanoparticles[J].CompositesPartB:Engineering,2011,42(6):1420-1426.DOI:10.1016/j.compositesb.2011.05.018.[2]LIUJ,ZHANGHB,SUNRH,etal.Hydrophobic,flexible,andlightweightMXenefoamsforhigh⁃performanceelectromagnetic-interferenceshielding[J].AdvancedMaterials,2017,29(38):1702367.DOI:10.1002/adma.201702367.[3]SHAHZADF,ALHABEBM,HATTERCB,etal.Electromag⁃neticinterferenceshieldingwith2Dtransitionmetalcarbides(MXenes)[J].Science,2016,353(6304):1137-1140.DOI:10.1126/science.aag2421.[4]XIJB,ZHOUEZ,LIUYJ,etal.Wood⁃basedstraightwaychannelstructureforhighperformancemicrowaveabsorption[J].Carbon,2017,124:492-498.DOI:10.1016/j.carbon.2017.07.088.[5]ZENGZH,WANGCX,SIQUEIRAG,etal.Nanocellulose⁃MXenebiomimeticaerogelswithorientation⁃tunableelectromagneticinterferenceshieldingperformance[J].AdvancedScience,2020,7(15):2000979.DOI:10.1002/advs.202000979.[6]ZHANGYL,RUANKP,ZHOUK,etal.ControlleddistributedTi3C2Txhollowmicrospheresonthermallyconductivepolyimidecompositefilmsforexcellentelectromagneticinterferenceshielding[J].AdvancedMaterials,2023,35(16):2211642.DOI:10.1002/adma.202211642.[7]ZHUHL,LUOW,CIESIELSKIPN,etal.Wood⁃derivedma⁃terialsforgreenelectronics,biologicaldevices,andenergyappli⁃cations[J].ChemicalReviews,2016,116(16):9305-9374.DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00225.[8]CHENCJ,KUANGYD,ZHUSZ,etal.Structure⁃property⁃functionrelationshipsofnaturalandengineeredwood[J].NatureReviewsMaterials,2020,5(9):642-666.DOI:10.1038/s41578-020-0195-z.[9]IQBALA,KWONJ,KIMMK,etal.MXenesforelectromagneticinterferenceshielding:experimentalandtheoreticalperspectives[J].MaterialsTodayAdvances,2021,9:100124.DOI:10.1016/j.mtadv.2020.100124.[10]李小晴,江文正,李文珠,等.炭含量对竹炭/高密度聚乙烯复合材料电磁屏蔽和力学性能的影响[J].林业工程学报,2022,7(1):130-136.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202104045.LIXQ,JIANGWZ,LIWZ,etal.Effectofcarboncontentonshieldingandmechanicalpropertiesofbamboocharcoal/HDPEcomposites[J].JournalofForestryEngineering,2022,7(1):130-136.[11]赵福辰.电磁屏蔽材料的发展现状[J].材料开发与应用,2001,16(5):29-33.DOI:10.19515/j.cnki.1003-1545.2001.05.009.ZHAOFC.Developmentofelectromagneticshieldingmaterials[J].DevelopmentandApplicationofMaterials,2001,16(5):29-33.[12]娄志超,孙晋强,陆弘毅,等.浸渍法制备磁性木材的磁性和电磁波吸收性能[J].林业工程学报,2017,2(4):24-29.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.2017.04.004.LOUZC,SUNJQ,LUHY,etal.Fabricationofmagneticwoodanditsmagneticandelectromagneticwaveabsorptionprop⁃erties[J].JournalofForestryEngineering,2017,2(4):24-29.[13]雷海,朱震庭,潘璐,等.三维多孔电磁屏蔽材料研究进展[J].化工新型材料,2023,51(2):20-23.DOI:10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2023.02.005.LEIH,ZHUZT,PANL,etal.Researchprogressonthree⁃di⁃mensionalporouselectromagneticshieldingmaterials[J].NewChemicalMaterials,2023,51(2):20-23.[14]XIEPT,LIHY,HEB,etal.Bio⁃gelderivednickel/carbonnanocompositeswithenhancedmicrowaveabsorption[J].JournalofMaterialsChemistryC,2018,6(32):8812-8822.DOI:10.1039/C8TC02127A.[15]HEGH,DUANYP,PANGHF.Microwaveabsorptionofcrys⁃tallineFe/MnO@Cnanocapsulesembeddedinamorphouscarbon[J].Nano⁃MicroLetters,2020,12(1):57.DOI:10.1007/s40820-020-0388-4.[16]HOUTQ,JIAZR,DONGYH,etal.Layered3Dstructurede⁃rivedfromMXene/magneticcarbonnanotubesforultra⁃broadbandelectromagneticwaveabsorption[J].ChemicalEngineeringJour⁃nal,2022,431:133919.DOI:10.1016/j.cej.2021.133919.[17]SHURW,WUY,ZHANGJB,etal.Facilesynthesisofnitro⁃gen⁃dopedcobalt/cobaltoxide/carbon/reducedgrapheneoxidenanocompositesforelectromagneticwaveabsorption[J].CompositesPartB:Engineering,2020,193:108027.DOI:10.1016/j.compositesb.2020.108027.[18]JIACL,ONODAS,NAGAOSAN,etal.Bondelectronicpolar⁃izationinducedbyspin[J].PhysicalReviewB,2006,74(22):224444.DOI:10.1103/physrevb.74.224444.[19]HUANGJJ,ZHANGY,MAT,etal.Correlationbetweendie⁃lectricbreakdownstrengthandinterfacepolarizationinBariumstrontiumtitanateglassceramics[J].AppliedPhysicsLetters,2010,96(4):042902.DOI:10.1063/1.3293456.[20]LVHL,JIGB,LIANGXH,etal.Anovelrod⁃likeMnO2@Feloadingongraphenegivingexcellentelectromagneticabsorptionproperties[J].JournalofMaterialsChemistryC,2015,3(19):5056-5064.DOI:10.1039/C5TC00525F.[21]JIAK,ZHAOR,ZHONGJC,etal.PreparationandmicrowaveabsorptionpropertiesofloosenanoscaleFe3O4spheres[J].JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2010,322(15):2167-2171.DOI:10.1016/j.jmmm.2010.02.003.[22]WANGZZ,ZOUJP,DINGZH,etal.MagneticandmicrowaveabsorptionpropertiesofNimicrocrystalswithhierarchi⁃calbranch⁃likeandflowers⁃likeshapes[J].MaterialsChemistryandPhysics,2013,142(1):119-123.DOI:10.1016/j.matchemphys.2013.07.003.[23]LVHL,YANGZH,PANHG,etal.Electromagneticabsorp⁃02㊀第2期林秀仪,等:木基电磁屏蔽/吸波材料研究进展tionmaterials:currentprogressandnewfrontiers[J].ProgressinMaterialsScience,2022,127:100946.DOI:10.1016/j.pmatsci.2022.100946.[24]PANGH,PANGWH,ZHANGB,etal.Excellentmicrowaveabsorptionpropertiesoftheh⁃BN⁃GO⁃Fe3O4ternarycomposite[J].JournalofMaterialsChemistryC,2018,6(43):11722-11730.DOI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高纯二氧化硒作为电磁波屏蔽材料的研究进展

高纯二氧化硒作为电磁波屏蔽材料的研究进展

高纯二氧化硒作为电磁波屏蔽材料的研究进展摘要:随着无线通信、电子设备的普及和发展,电磁波污染已经成为一个日益严重的环境问题。

为了有效地减少电磁波对人体和电子设备的危害,研究人员越来越关注电磁波屏蔽材料的研究。

本文主要探讨了高纯二氧化硒作为电磁波屏蔽材料的研究进展。

1. 引言电磁波是由电场和磁场交替传播而成的一种波动现象。

随着无线通信技术的快速发展,电磁波对人体健康和电子设备的影响日益突出。

因此,寻找一种高效的电磁波屏蔽材料成为了当前研究的热点。

高纯二氧化硒作为一种潜在的电磁波屏蔽材料,具有良好的兼容性、稳定性和高屏蔽性能,受到了研究人员的广泛关注。

2. 高纯二氧化硒的制备方法及性能高纯二氧化硒的制备方法主要包括物理方法和化学方法两种。

物理方法包括热蒸发、溅射、磁控溅射等,化学方法包括水热法、溶胶-凝胶法等。

目前较为常用的制备方法是水热法,该方法简单、成本低且易于控制反应条件。

高纯二氧化硒具有优异的电磁波屏蔽性能,其主要表现在以下几个方面:(1)宽频带屏蔽性能:高纯二氧化硒在110 MHz到30 GHz范围内具有较好的屏蔽效果,能有效吸收、反射和散射电磁波。

(2)高屏蔽效率:高纯二氧化硒的电磁波屏蔽效率通常在90%以上,对高频电磁波尤为明显。

(3)稳定性:高纯二氧化硒具有良好的化学稳定性和热稳定性,能在不同温度和湿度条件下保持较好的屏蔽性能。

3. 高纯二氧化硒的应用领域高纯二氧化硒作为一种优异的电磁波屏蔽材料,在多个领域有着广泛的应用前景。

(1)电子设备:高纯二氧化硒可用于制备电子设备的屏蔽膜、屏蔽涂料等,有效保护设备免受电磁波干扰。

(2)建筑材料:将高纯二氧化硒添加至建筑材料中,如混凝土、墙体涂料等,可有效屏蔽外部电磁波的干扰,提高室内环境的电磁波安全性。

(3)医疗领域:高纯二氧化硒可用于制备医疗器械的屏蔽材料,如放射线防护服、核磁共振设备等。

(4)军事领域:高纯二氧化硒可用于制备军事设备的屏蔽材料,有效保护军用设备的机密信息。

电磁屏蔽材料的制备和性能研究

电磁屏蔽材料的制备和性能研究

电磁屏蔽材料的制备和性能研究随着电子设备的普及和使用,电磁波的污染逐渐成为心病,特别是在一些需要高精度和高可靠性的地方,电磁辐射会对设备起到影响。

电磁屏蔽技术就是为了解决这个问题而生的。

电磁屏蔽材料是电磁屏蔽技术的重要组成部分,这种材料能够吸收和反射电磁波,从而达到屏蔽的目的。

电磁屏蔽材料的制备方法有很多种,如热压、注塑、挤出和贴合等。

其中,热压法是一种效果较好的制备方法。

其步骤包括将金属粉末或金属细丝与聚合物混合,将混合物热压成薄片,最后再进行表面处理。

这样制备出来的材料不仅起到了屏蔽电磁波的功能,还可以提高材料的耐热性和耐寒性。

在电磁屏蔽材料的制备过程中,材料的性能也是需要考虑的内容之一。

电磁屏蔽材料的性能是指材料在电磁波频率范围内的反射、吸收和透射等特性。

这些特性的大小往往受到电磁波频率、材料的厚度和成分等因素的影响。

电磁屏蔽材料的性能研究是电磁屏蔽技术的重要研究方向之一。

这项研究可以帮助我们更好地了解电磁波在材料中的行为,从而为材料的制备和使用提供更好的指导。

目前,关于电磁屏蔽材料的性能研究已经有了很多的成果。

其中,电磁波吸收材料是电磁屏蔽材料中的一个重要分支。

电磁波吸收材料的作用是将电磁波转化为热能,从而进行吸收。

这种材料通常由导电和磁性材料组成。

实验结果表明,电磁波吸收材料的吸波效果与材料的结构和成分密切相关。

除了电磁波吸收材料外,电磁屏蔽材料还包括电磁波反射材料和电磁波透射材料。

电磁波反射材料的作用是将电磁波反射回原来的方向,从而达到屏蔽的目的。

这种材料的反射率是其性能的重要指标。

电磁波透射材料则可以将电磁波透过材料,但是对其进行了削弱。

这种材料的性能主要取决于其透过率和透射损失。

总的来说,电磁屏蔽材料是屏蔽电磁波的重要手段之一。

其制备方法和性能研究已经有了很多的进展。

然而,随着电子设备的不断更新,电磁屏蔽材料的研究与改进也需要不断推进。

只有持续的探索和研究,才能够更好地满足生产和生活中对电磁屏蔽的需求。

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万方数据
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电磁屏蔽材料的研究进展
作者:于名讯, 徐勤涛, 庞旭堂, 连军涛, 刘玉凤, Yu Mingxun, Xu Qintao, Pang Xutang, Lian Juntao , Liu Yufeng
作者单位:中国兵器工业集团第五三研究所,济南,250031
刊名:
宇航材料工艺
英文刊名:Aerospace Materials & Technology
年,卷(期):2012,42(4)
1.周秀芹导电电磁屏蔽塑料研究新进展 2006(01)
2.王锦成电磁屏蔽材料的屏蔽原理及研究现状 2002(07)
3.Lee C Y;Song H G;Jang K S Electromagnetic interference shielding efficiency of polyaniline mixture and multiplayer films 1999
4.Huang J L;Yau B S;Chen C Y The electromagnetic shielding effectiveness of indium tin oxide films with different thickness 2001
5.赵福辰电磁屏蔽材料的发展现状 2001(05)
6.岩井建;毕鸿章在纤维表面形成金属被覆膜的金属纤维"METAX" 1999(02)
7.于鑫;付孝忠;杜仕国电磁屏蔽材料在火箭弹包装中的应用 1999(01)
8.Dhawan S K;Singh N;Rodrigues K Electromagnetic shielding behavior of conducting polyaniline composites 2003(04)
9.王佛松;王利群;景遐斌聚苯胺的掺杂反应 1993
10.师春生;马铁军;李家俊镀金属炭毡/树脂基复合材料的电磁屏蔽性能 2001(03)
11.王光华;董发勤;司琼电磁屏蔽导电复合塑料的研究现状 2007(02)
12.谭松庭;章明秋金属纤维填充聚合物复合材料的导电性能和电磁屏蔽性能 1999(12)
13.薛茹君电磁屏蔽材料及导电填料的研究进展 2004(03)
14.潘成;方鲲;周志飚导电高分子电磁屏蔽材料研究进展 2004
15.毛倩瑾;于彩霞;周美玲Cu/Ag 复合电磁屏蔽涂料的研究 2004(04)
16.施冬梅;杜仕国;田春雷铜系电磁屏蔽涂料抗氧化技术研究进展 2003(03)
17.李秀荣;刘静;李长珍高频电磁屏蔽用ITO膜结构与性能分析 2000(06)
18.Wojkiewicz J L;Fauveaux S;Redon N High electromagnetic shielding effectiveness of polyaniline-polyurethane composites in the microwave band 2004(04)
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本文链接:/Periodical_yhclgy201204003.aspx。

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