宫永翔 曹独立 张志伟 漆随平 王东明
摘 要：塑料上层电磁屏障质料对提高电子设备电磁兼容性具有严重意义。文章综述了涂料法、金属敷层法等塑料上层电磁屏障质料制备要领的应用切磋进展，以为此类质料的应用存在的首要问题是理论切磋不及、情况顺应性切磋滞后、溶剂型涂料毒性问题、高温塑性变形等，其将来应向质料成分与布局对屏障效能的影响机理、涂料对温湿盐光照的耐受性、水性涂料研制以及开辟新式纳米质料等方面成长，促使塑料上层电磁屏障质料获得更好推广。
关头词：塑料上层；电磁屏障；屏障效能
中图分类号：TQ31 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0001-05
Abstract： That plastic surface electromagnetic shielding material can improve the electromagnetic compatibility of electronic equipment is of great significance. The application and research progress of the preparation methods of electromagnetic shielding materials for plastic surface such as coating method and metal coating method are reviewed in this paper. It is considered that the main problems in the application of this kind of materials are the lack of theoretical research， the lag of environmental adaptability research， the toxicity of solvent-based coatings， the plastic deformation at high temperature， and so on. In the future， it should be developed in the following aspects： the influence mechanism of material composition and structure on shielding effectiveness， the resistance of coatings to temperature， humidity and salt illumination， the development of waterborne coatings and the development of new nanometer materials， so as to promote the popularization of electromagnetic shielding materials for plastic surface layer.
Keywords： plastic surface layer； electromagnetic shielding； shielding effectiveness
1 概述
电磁兼容性是指体系（含分体系，各设备）在配合的电磁情况下可自力执行各自功能，互不影响的状况。即体系内各设备不受外来设备电磁辐射的影响，同时，又过错外部设备事情本能造成较着影响[1]。对付船舶以及飞机设计的职员来说，电磁兼容性设计尤为严重。在船舶或者飞机中，褊狭的空间装备着大量功能不同的设备，如导航设备，通讯设备等等，这些设备安装茂密，频谱笼盖局限广，致使船舶及飞机中电磁情况极其纷乱，互相间电磁作梗的可能性极大[2]。
早在19世纪，安培、法拉第、麦克斯韦接踵提议理论奠基了电磁学理论。1888年，赫兹初次创立天线，将电磁波放射到外空间，并领受电磁波，证实了电磁波的存在，也表明电磁作梗的存在。19世纪末，英国邮电部门对通讯作梗进行切磋，促使人类对电磁作梗有了必然的相识。20世纪初，国际电工委员会及国际无线电作梗出格委员会初次提议了电磁兼容性的观念，将电磁兼容切磋升迁到理论层面。电磁兼容学阐明了电磁作梗发生的缘故，揭示了作梗的传输机理，提议了提防措施，拟定了系列的电磁兼容规范，设立测试尝试，解决了系列电磁兼容理论、技艺和测试问题。20世纪中后期，陪同着大规格集成电路的呈现，电子信息技艺不息推动社会成长，电磁兼容技艺逐步成为切磋热点范畴之一。进来21世纪，电磁兼容技艺的应用范畴逐渐扩大到信息安好和生物电磁学范畴，切磋对象席卷电子芯片到大型船舶，火箭等大型办法[3]。
今朝，欧盟、美国、日本、加拿大和澳大利亚等国度已拟定并执行电磁兼容有关国度功令律例，全部电子产物应议决有关测试中心的测试，并取得响应电磁兼容天资，才气进来市场流通。我国自1981年颁布第一个较为完整的关于电磁兼容的技艺规范《飞机设备电磁兼容性要乞降测试要领》[4]起点，已出台并拟定《情况电磁波卫生尺度》[5]、《电磁辐射防护法则》[6]、《微波和超短波通讯设备辐射安好要求》[7]等数十个国度尺度和军用尺度[8]。
對电子仪器和设备电磁兼容设计的要领有四种，离别为：使用屏障质料和吸波质料；公道布线、优化电路设计；接地；滤波。个中，使用屏障质料和吸波质料是今朝最有用的电磁兼容要领，它能够有用地衰减电磁辐射和电磁作梗[9]。
跟着电子技艺以及质料学的成长，电子设备正执政着“轻、薄、短、小”偏向成长，具备密度小、强度高、易成型、导电性好等长处的质料正在成为存眷的核心。一些金属质料，如铝合金、不锈钢、镁合金等金属质料因密渡过大已不克不及餍足产物的需求[10]。塑料作为一种应用普遍的合成高分子质料，具有密度小，力学本能良好，可急剧模塑成型等长处，在电子设备的壳体封装质料范畴具有辽阔的应用远景。但塑料对付电磁波几近透明，电磁波能够解放穿梭于塑估中，辐射源可透过塑料向外放射电磁波，影响外部设备的电磁兼容性；同时，塑料机壳内敏锐元件易受到外部电磁波的作梗，外部辐射极易对电子设备的正常使用发生作梗[11]。是以，切磋塑料体上层导电型屏障质料的制备要领，归纳屏障效能测试要领，对付提高塑料机壳电子设备的电磁兼容性，添加电磁屏障质料的工业化程度具有严重意义。
本文对塑料上层电磁屏障质料的制备要领进行综述，归纳存在的问题，提议将来的成长偏向，以期为我国电磁屏障奇迹的成长供给参考依据。
2 电磁屏障原理及分级尺度
电磁屏障的作用在于削弱某些辐射源在特定区域的电磁场效应，把握电磁波向外部区域辐射所造成的风险。其机理是行使良导体质料的反射和指引作用，促使导体内部对电磁波发生反射和指引作用，弱化电磁波，到达削弱电磁场辐射的效率。电磁波达到屏障质料时，平日按三种各异机理进行衰减[12]：
（1）入射外面的反射衰减。
（2）屏障质料内的吸收衰减。
（3）屏障质料内的多次反射衰减。
电磁屏障的效率平日用屏障效能（Shielding Effectiveness，简称SE）表现。屏障效能是指异国屏障时入射或反射电磁波，与在统一所在经屏障后反射或透射电磁波的比值[13]，公式如下：
式中：SE-屏障效能，单元为分贝（dB）；
H0-无屏障质料时的领受磁场强度，单元为安培每米（A/m）；
H1-有屏障质料时的领受磁场强度，单元为安培每米（A/m）。
凭据SE值巨细，可将屏障质料等级分为以下几类：
由表1可知，屏障效能低于30dB时，电磁波衰减水平较差，不具备应用意义。当SE高于30dB时，屏障效率是适用、可行的。个中，SE值为30～60dB时，可应用于一般的贸易或者工业范畴；SE值为60～90dB时，可应用于航空航天及军用设备；SE值到达90dB以上时，可应用于高精度、高敏锐度的产物[14]。
3 塑料上层电磁屏障质料的制备要领
塑料上层电磁屏障要领首要有涂料法及金属敷层法，其制备要领及其优弱点详见表2[15，16，17，18]。
3.1 涂料法
涂料法是指在塑料外面涂覆一层抗电磁辐射的涂料，到达电磁屏障的目的。电磁屏障涂料平日由合成树脂、粘合剂、溶剂和增加剂构成[19]。塑料上层涂料的制备能够选取喷涂、刮涂、刷涂等要领，成型工艺简略，无需特殊设备，成本较低，因而获得普遍应用。
今朝切磋较多的为掺和型电磁屏障涂料，掺和型电磁屏障涂料是由合成树脂中渗透铜、银、镍等导电微粒制成[20，21]。
3.1.1 铜系涂料
铜系涂料电磁屏障本能良好，价格低廉，然而在氛围中透露易氧化。为了提高铜粉的抗氧化才力及其在聚合物中的疏散性，Park等[22]在铜粉外面包裹一层抗氧化本能良好的银。银包覆在铜粉外面后，铜粉在150℃前提下保温30min，抗氧化本能较着提高。李哲男[23]在纳米铜粉外面包覆银后，铜纳米颗粒在700℃前提下不产生氧化，提高了铜粉的抗氧化性。
3.1.2 银系涂料
银粉具有优良的导电性，不变的化学性质，优良的情况顺应性，银系涂料屏障本能及不变性良好，但昂扬的价格限定了应用范畴，可应用于一些特种范畴。谢明等[24]以银及银基复合质料制成电磁屏障涂料，在0.1～1.5GHz事情频率下，电磁屏障效能不少于30dB，最高达90dB。
3.1.3 镍系涂料
镍系涂料价格适中，不变性好，今朝已成为列国切磋成长的热门[25]。寿奉粮[26]以稀盐酸、硅烷偶联剂（KH-570）进行外面改性的超细镍粉为导电填料，制作导电涂料，制得的导电涂料在50～1500MHz段电磁频率局限内电磁屏障效能到达了25～48dB。
3.2 金属敷层法
金属敷层法是指议决必然手腕在塑料外面形成导电金属敷层，使塑料外面具有导电性或者更好的导电性，从而到达抗电磁辐射的目的。塑料外面金属敷层的要领较多，多见的有真空镀金法、阴极溅射法、化學镀金以及贴金属箔等要领[15]。
3.2.1 真空镀金法
真空镀金首要选取物理沉积法，在真空情况中对金属进行加热，当温度到达必然水平后，金属气化升华，大量金属粒子沉积到塑料外面。Fujimori等[27]在PVA-石墨烯外面真空镀铜，当铜镀层的厚度为200nm时，在0.5～18.0GHz电磁频率试验前提下屏障效能到达33～35dB。为了提高聚醚醚酮的导电性及电磁屏障性，周柏玉[28]在聚醚醚酮的外面镀镍磷，既保留了聚醚醚酮的低比重，又拥有导体的优良导电性，切磋证明，在频率为 30～1500MHz 局限内，质料的屏障本能高达 51～119dB，远远高于聚醚醚酮的屏障本能。
3.2.2 阴极溅射法
阴极溅射是指氩气在高真空情况下电离，形成具有必然能量的离子流。当离子流接触到固体外面时，氩气与金属外面的原子或分子进行碰撞，将能量传递给上层的分子或原子，活化后的原子或分子又将能量传递给固体内部。最后，固体外面的一些分子或原子具有离开固体外面的动能，向外飞溅，即为溅射表象。Hung等[29]切磋证明，溅射成型并经退火后形成的Sn-Al合金具有优良的电磁屏障特征，低含量Cu的Sn-Cu合金在低频下电磁屏障效率较着，跟着铜含量的升高，屏障效率向高频转移。曾水兵[30]对塑料薄膜进行阴极溅射，获得以Ni-Cr过渡层，所得镀层布局致密且联合力好，在电磁屏障范畴应用普遍。
3.2.3 化学镀金法
化学镀金的要领是选取化学要领将Ni、Cu、Ag等元素镀覆到具有催化活性或附着具有催化活性的精神的塑料外面。该要领具有镀层导电导磁性好，附着力大的长处，电磁屏障效率可到达60～120dB，可餍足高精度、高敏锐度产物的要求。
Zhao[31]选取铜元素对聚吡咯组分进行改造，铜改造后的聚吡咯电磁效能提高30～50dB。司倩倩[32]用超声波化学镀的要领对网状的聚氨酯泡沫进行金属化处置，获得镀层匀称、联合力和导电性优良的镀镍聚氨酯泡沫，电阻率最小到达1.3Ω·cm。Jammes[33]等行使两种成分夹杂喷涂的要领进行化学镀银，银膜厚度500nm时，在10MHz～10GHz频率局限内，电磁屏障效能可达70dB。
3.2.4 贴金属箔法
贴金属箔的要领可将金属箔粘结到塑料外面指定位置，屏障效率好，屏障效能可达70dB，但塑料形状纷乱时难以施工[34]。
4 存在问题与将来成长趋向
4.1 存在问题
自电磁波发现起点，对电磁屏障的切磋就在不息索求中。塑料体自己并不具备电磁屏障本能，是以务必对塑料机壳电子设备进行有关电磁屏障处置。今朝，电磁屏障效率虽然取得必然成就，但仍存在不少不及。
（1）理论切磋不及
今朝的切磋范围于对单个成分和单种布局对屏障效能的影响进行测试，上层电磁屏障的质料成分与布局设计对付电磁屏障的影响机理尚不分明，不克不及从理论教导成分与布局设计[35，36]。
（2）情况顺应性切磋不及
今朝，大大都切磋集结在电磁屏障涂层的屏障效能切磋，对付涂层的情况顺应性鲜有切磋。海洋情况具有高温、高湿、高盐、强太阳辐射等特征，极易对外部涂层发生伤害，贬低涂料的屏障效能[37]。
（3）电磁屏障涂料绝大大都都是溶剂型涂料
溶剂型涂料的疏散介质是沸点较低的有机溶剂，这些溶剂平日具有必然毒性，带有强烈刺激性气息，易燃易爆，不单对人体发生风险，对情况也造成必然混浊[38]。
（4）真空镀金及阴极溅射要领等要领必要金属在高温前提下气化或者雾化，形成粒子粘附在塑料外面。塑料透露在此情况下，极易跨越塑料的玻璃化温度，造成塑料变形[9]。
4.2 将来成长趋向
电磁屏障质料成长远景辽阔，开辟综合本能良好、价格便宜、起原普遍的电磁屏障质料已成为当前切磋重点。往后塑料上层电磁屏障质料的切磋能够分为以下几个偏向：
（1）在电磁屏障质料的质料成分和布局上加大切磋力度，探究质料成分对屏障效能的影响机理，选取谋略机模仿与尝试技艺相联合的设施优化尝试工艺，改良成型工艺和设备前提[39，40]。
（2）电磁屏障涂层在做屏障效能切磋的同时，应在老化箱中进行耐候性切磋，查考电磁屏障涂层在温度、湿度、盐度及日照等前提下的涂层不变性，屏障效能不变性。将屏障效能与耐候性配合作为目标，权衡电磁屏障涂层的效率。
（3）水性涂料以水为溶剂或者疏散介质，具有无毒环保，无气息，不燃不爆，高安好性的长处。以水性涂料取代溶剂型涂料能够有用解决溶剂涂料易燃易爆，高混浊性的问题。
（4）研制新式塑料电磁屏障成型工艺，行使纳米质料的尺寸效应和量子效应，开展以石墨烯[41，42]、碳纳米管[43]等为代表的电磁屏障切磋，优化塑料上层电磁屏障成型工艺[44，45]。
5 告终语
综上所述，在电子设备轻型化、塑料化历程中，塑料上层电磁屏障质料的切磋对付提高电子设备的电磁兼容性、事情不变性具有严重意义。跟着电子设备种类、功能、事情频率越来越纷乱，塑料上层电磁屏障质料在电子设备范畴具有辽阔的应用远景，对付提高我国的经济程度、稳固国防安好具有深远影响。
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