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1、复合材料的屏蔽效能特点工程技术垫垒:!ScienceandTechnologyConsultingHerald复合材料的屏蔽效能特点王振基'朱国辉毛卫民'(1北京科技大学材料科学与工程学院;2安徽工业大学材料科学与工程学院安徽省材料重点实验室)摘要:本文讨论了复合电磁屏蔽材料中导电组分的体积分数对材料电导率和屏蔽效能的关系.体系中导电组分体积分数的增加提高了材料的导电性能.一般认为电磁屏蔽材料的屏蔽效能随着材料的电导率的增加而增加.然而研究的结果表明,这种规律仅适用于传统的由致密金属所构成的电磁屏蔽材料而对于由金属粉末与基体材料
2、构成的复合电磁屏蔽材料,其良好的导电性是获得优异屏蔽效能的必要条件,但并不是充分条件.良好的屏蔽效能不仅取决于材料自身的电导率,而且与材料中金属粉末和基体材料的分布密切相关.导电组分体积分数的变化,导致体系中导电组分的分布状态的变化,从而影响了导电网络的形成和导电机理的构成,是这类复合型电磁屏蔽材料屏蔽效能的特点.关键词:复合材料屏蔽效能电导率中图分类号:TB33文献标识码:A文章编号:1673—0534(2007)09(a)一0019—021引言随着科学技术和工业的发展,特别是电子和信息技术的发展,愈来愈多的电器和电子设备被广
3、泛应用于工业企业和人民生活中,然而由此所带来的"电磁污染也对电器和电子设备的正常使用,电子信息的传输以及人们的健康带来了愈来愈严重的问题.因此各国对电磁兼容和电磁屏蔽提出了严格的要求.电磁屏蔽材料是实现电磁屏蔽的重要的物质基础.传统的致密形金属板材作为电磁屏蔽材料的使用,由于具有较大的重量,加工安装比较复杂,缝隙处难以密封等固有的缺点,使它的适用性受到了极大的限制.因此研究开发新型的具有高效轻质适用性强的电磁屏蔽材料具有重要的意义.对于新型电磁屏蔽材料的研究开发,利用导电组分作为填料的复合型电磁屏蔽材料是一种主要的研究方法.在当
4、前的工作中,研究开发了一种由金属粉末/导电聚合物和基体材料构成的高效轻质复合电磁屏蔽涂料….电磁屏蔽效能(SE)是衡量电磁屏蔽材料性能的最重要的参数,单位为dB.电磁屏蔽效能反映了电磁屏蔽材料对电磁波的衰减程度,可以表达为lI:SE20iog《≥j扛&,一..￡--一蛰.9(j其中,,巨为屏蔽前,后的电场强度,,为屏蔽前,后的磁场强度,P,P为屏蔽前,后的能量场强度.电磁屏蔽材料对电磁波的衰减主要是通过材料对电磁波反射(R),吸收(A)1~11多次反射(B)来实现的【3】.其中对电磁波的反射损耗,吸收损耗以及多次反射损耗
5、可以从电磁学的基本理论加以计算I.其中反射损耗可以表示为:只￡一m一..RHzi..4'62f0,136t~,'136?354I2如(:f.O.)G×10曰.:_..?.一..o--2;?-一一其中,,,Rp分别代表对应干电场波,磁场波和平面波的反射损耗.G为电导率,,为电磁波的频率,为相对磁导率,,.为相对于波源的距离.对于吸收损耗可以利用下式进行计算:A=3.338x10xt【lfG其中,t为电磁屏蔽材料的厚度.一般而言当吸收损耗大于6dB时,多次反射损耗的作用可以忽略综合分析上述的计算公式,可以看到随着屏蔽材料电导率的增加
6、,对于平面波(远场源)而言,其反射损耗和吸收损耗总是增加的,也就是说其屏蔽效能将随着材料电导率的增加而增加,这也是目前在屏蔽材料研究开发中普遍的认识.然而在当前对复合电磁屏蔽材料的研究过程中,实验的结果表明,好的电导率是获得高的屏蔽效能的必要条件.但是高的导电性能并不一定能够获得好的屏蔽效能.在复合型电磁屏蔽材料中,导电粒子的分布状态以及和基体材料之间的结合等微观结构因素对材料的屏蔽效能也具有重要的作用.在本文的工作中,为简化分析,仅利用金属Ni粉作为导电填料,来分析讨论由于不同体积分数的金属粉末造成的电导率和分布状态的变化对屏
7、蔽材料屏蔽效能的影响.2实验以体积分数为5%,10%,15%,20%,25%和30%的金属Ni粉(粒子平均尺寸为2微米)为导电填料,以丙烯酸树脂为涂料的基体材料制成电磁屏蔽涂料.涂料制备完成后,调解粘度并喷涂于经表面处理的圆形绝缘板基材上,室温固化72h.涂层的厚度约为0.3ram.涂层的表面电阻采用数字万用表测量,屏蔽效能委托信息产业部电子工业标准化研究所按照标准SJ20524—95(材料屏蔽效能的测试方法)进行测试.在北京科技大学利用Leo一1450扫描电镜观察了涂层的显微组织形貌以分析涂图l表面电阻随Ni份体积分数的变化层
8、中导电颗粒的分布情况.3实验结果和讨论图1是具有不同体积分数金属Ni粉导电涂料的表面电阻的变化规律.当金属粉末的体积分数为5%时,其涂料基本是不导电的.在这种情况下涂料基本不具有屏蔽效能.当金属粉末的含量增加到10%体积分数,这时涂料具有导电的性质,其表面电阻达
