电磁屏蔽高分子材料的研究进展

文摘   2025-01-24 16:34   山东  

电磁屏蔽高分子材料

研究进展

高分子物理

目前,国家对太空环境的研究高度重视。其中木星探测面临极端辐射环境,传统屏蔽材料难以满足要求,需研发轻质高效的电子屏蔽防护材料。 

材料选择

传统材料

金属类(如钢板、铝板、铜板、金属镀层、导电涂层等)、屏蔽衬垫(金属、塑料、硅胶和布料等制成),具有良好导电性,但存在不耐腐蚀、柔韧性欠佳、加工难度大、质量较重、价格高及屏蔽效能不可调等缺陷。


新型材料

导电塑料器件(采用导电填料与塑料基材复合,质量轻、耐候性好等)、导电硅胶(添加金属粉末,用于户外和水下设备,兼具多种功能)、金属屏蔽器件(适用范围广,弹性好、重复使用性佳)、导电布衬垫(内层为聚氨酯或热塑性橡胶,外层包覆金属化织物)、吸波器件(以硅胶等为基材,高性能吸收剂制备,厚度薄、吸收频带宽等)、共形屏蔽技术(将屏蔽层与封装融合,用于 SiP 模组封装,不占空间,电磁屏蔽性能优良)。未来电磁屏蔽材料向屏蔽效能更高、频率更宽、综合性能更优方向发展,金属类超薄化,填充类选更高效低成本材料,导电衬垫用更薄原料布和更好泡棉,导电涂料用碳素系导电粉。


导热材料

要分为导热膏(以有机硅酮为原料,导热率高、胶层薄等,用于电子器件导热散热)、片状导热间隙填充材料(如导热硅胶片,填补空隙传递热量,可任意裁切,部分产品有附加功能)、液态导热间隙填充材料(就地成形,填充性能好,固化后易清理或粘接,用于汽车电子等)、相变化导热界面材料(受热基材状态变化,贴合发热件表面提高热传递效率,便于生产和使用)、导热凝胶(解决导热膏问题,热阻低、压缩变形应力小,无需固化过程,广泛应用)、石墨膜(高结晶态碳组成,导热功能佳,分为单层、多层和复合型,人工石墨膜需求大)。未来对导热石墨膜材料要求更高,如厚度更薄、导热性更好、可加工为 3D 结构或形成复合多功能材料。


理论基础

01

电磁屏蔽原理

电子设备通电产生电磁波会干扰其他设备,电磁屏蔽产品利用材料对电磁波反射和吸收,阻断其传播路径。当电磁波入射到屏蔽材料表面,因阻抗不连续部分被反射,进入材料内部的电磁波被衰减吸收,未被吸收的在另一界面再次反射和吸收。针对电子设备电磁屏蔽有结构本体和屏蔽衬垫两种方式。

02

导热材料原理

用于解决电子设备热管理问题,散热方式有热传导、热对流和热辐射,散热系统由风扇、散热片和导热界面器件组成。导热界面器件填充发热与散热元件间空气间隙,提高导热效率,其特性影响电子设备稳定性和寿命。导热材料通过填充粗糙结合表面,替代不传热空气,减小热阻,提高散热效率。

03

电磁屏蔽理论

带电粒子移动产生电磁场,电磁屏蔽通过材料或屏障降低电磁场强度和电磁波辐射,可分为静电场、磁场和电磁场屏蔽。屏蔽效果取决于材料对电磁波吸收和反射,与材料电导率、磁导率、厚度等因素有关,还受复合材料结构、填料含量及分散状态等影响。屏蔽效率(SE)评估材料电磁屏蔽性能,其计算涉及反射损耗、吸收损耗和多次反射损失等,同时存在内部多重反射与散射机制,功率损耗由电功率和磁功率损耗组成,其相对重要性取决于材料特性和入射辐射特性。

测试分析

屏蔽效率测试:

通过测量入射辐射功率与发射功率之比的对数(单位为分贝)来评估材料的电磁屏蔽性能,即屏蔽效率(SE),具体涉及反射损耗、吸收损耗和多次反射损失等参数的测量与计算。

材料特性分析:

研究材料的电学特性(如电导率)、磁特性(如磁导率)、介电常数、厚度等对电磁屏蔽性能的影响,同时分析复合材料结构、填料含量及其分散状态、填料种类与形状、制备工艺等因素与电磁屏蔽性能的关系。例如,通过实验研究不同填料(如金属填料、碳填料、磁性填料等)对聚合物基复合材料电磁屏蔽性能的提升效果,以及填料含量变化对性能的影响规律。还对新型电磁屏蔽材料(如电磁屏蔽烟幕材料、形状记忆聚合物等)的微观结构、电学性能和电磁干扰屏蔽性能进行测试分析,如对磁性Fe3O4/ 石墨烯 / 碳气凝胶的微观结构、电导率和不同波段电磁波屏蔽率的测试,以及对形状记忆导电高分子纤维复合材料的电导率、在不同频率下的电磁屏蔽效率、形状记忆效应及循环稳定性的测试分析。

展望

1. 市场增长强劲:全球电磁屏蔽材料市场规模持续攀升,中国增长尤为显著,导热材料市场在 5G 推动下亦高速发展,规模不断扩大。

2. 技术创新引领:持续的技术革新促使电磁屏蔽材料提升性能指标,导热材料也借 5G 契机升级,满足多样需求。

3. 产品多元优化:电磁屏蔽材料朝高效、多元特性发展,导热材料中石墨膜不断精进,散热方案创新迭出、产品丰富。

4. 应用广泛拓展:5G 驱动智能终端涌现,电磁屏蔽与导热应用领域随之拓宽,物联网等新技术也为导热材料带来新契机。

5. 国产加速崛起:国内供应商借终端国产化契机,凭服务与产能优势抢占市场份额,国产化趋势显著。

6. 双功能受瞩目:高导热兼强屏蔽的双功能材料需求迫切,研发成果为其制备提供策略支撑。

7. 光模块潜力显:光模块市场扩张,导热与屏蔽材料作用关键,相关企业在多方面蕴含增长潜能、前景广阔。

参考文献


[1]刘长金,吴洁,涂文杰,等.导电高分子复合材料电磁屏蔽性能研究现状与展望[J].化工新型材料,2024,52(S2):118-123+129.

[2]魏云燕,冯伟,董富伟,等.电磁屏蔽高分子复合材料研究进展[J].特种橡胶制品,2024,45(05):70-78.

[3]仝安乾,王庆磊,康海刚.高分子复合材料在航空领域中的应用[J].信息记录材料,2023,24(01):51-53.

[4]罗文谦.电磁屏蔽和导热材料发展现状及行业趋势[J].新材料产业,2019,(06):42-46.


编辑|濮雪

校对|浩林 张艳 张佳琪 汪礼勇



热辐射与微纳光子学
热辐射与微纳光子学
 最新文章