電磁屏蔽高分子材料

研究進展

高分子物理

目前，國家對太空環(huán)境的研究高度重視。其中木星探測面臨極端輻射環(huán)境，傳統(tǒng)屏蔽材料難以滿足要求，需研發(fā)輕質高效的電子屏蔽防護材料。

材料選擇

傳統(tǒng)材料

金屬類（如鋼板、鋁板、銅板、金屬鍍層、導電涂層等）、屏蔽襯墊（金屬、塑料、硅膠和布料等制成），具有良好導電性，但存在不耐腐蝕、柔韌性欠佳、加工難度大、質量較重、價格高及屏蔽效能不可調等缺陷。

新型材料

導電塑料器件（采用導電填料與塑料基材復合，質量輕、耐候性好等）、導電硅膠（添加金屬粉末，用于戶外和水下設備，兼具多種功能）、金屬屏蔽器件（適用范圍廣，彈性好、重復使用性佳）、導電布襯墊（內層為聚氨酯或熱塑性橡膠，外層包覆金屬化織物）、吸波器件（以硅膠等為基材，高性能吸收劑制備，厚度薄、吸收頻帶寬等）、共形屏蔽技術（將屏蔽層與封裝融合，用于 SiP 模組封裝，不占空間，電磁屏蔽性能優(yōu)良）。未來電磁屏蔽材料向屏蔽效能更高、頻率更寬、綜合性能更優(yōu)方向發(fā)展，金屬類超薄化，填充類選更高效低成本材料，導電襯墊用更薄原料布和更好泡棉，導電涂料用碳素系導電粉。

導熱材料

主要分為導熱膏（以有機硅酮為原料，導熱率高、膠層薄等，用于電子器件導熱散熱）、片狀導熱間隙填充材料（如導熱硅膠片，填補空隙傳遞熱量，可任意裁切，部分產品有附加功能）、液態(tài)導熱間隙填充材料（就地成形，填充性能好，固化后易清理或粘接，用于汽車電子等）、相變化導熱界面材料（受熱基材狀態(tài)變化，貼合發(fā)熱件表面提高熱傳遞效率，便于生產和使用）、導熱凝膠（解決導熱膏問題，熱阻低、壓縮變形應力小，無需固化過程，廣泛應用）、石墨膜（高結晶態(tài)碳組成，導熱功能佳，分為單層、多層和復合型，人工石墨膜需求大）。未來對導熱石墨膜材料要求更高，如厚度更薄、導熱性更好、可加工為 3D 結構或形成復合多功能材料。

理論基礎

01

電磁屏蔽原理

電子設備通電產生電磁波會干擾其他設備，電磁屏蔽產品利用材料對電磁波反射和吸收，阻斷其傳播路徑。當電磁波入射到屏蔽材料表面，因阻抗不連續(xù)部分被反射，進入材料內部的電磁波被衰減吸收，未被吸收的在另一界面再次反射和吸收。針對電子設備電磁屏蔽有結構本體和屏蔽襯墊兩種方式。

02

導熱材料原理

用于解決電子設備熱管理問題，散熱方式有熱傳導、熱對流和熱輻射，散熱系統(tǒng)由風扇、散熱片和導熱界面器件組成。導熱界面器件填充發(fā)熱與散熱元件間空氣間隙，提高導熱效率，其特性影響電子設備穩(wěn)定性和壽命。導熱材料通過填充粗糙結合表面，替代不傳熱空氣，減小熱阻，提高散熱效率。

03

電磁屏蔽理論

帶電粒子移動產生電磁場，電磁屏蔽通過材料或屏障降低電磁場強度和電磁波輻射，可分為靜電場、磁場和電磁場屏蔽。屏蔽效果取決于材料對電磁波吸收和反射，與材料電導率、磁導率、厚度等因素有關，還受復合材料結構、填料含量及分散狀態(tài)等影響。屏蔽效率（SE）評估材料電磁屏蔽性能，其計算涉及反射損耗、吸收損耗和多次反射損失等，同時存在內部多重反射與散射機制，功率損耗由電功率和磁功率損耗組成，其相對重要性取決于材料特性和入射輻射特性。

測試分析

屏蔽效率測試：

通過測量入射輻射功率與發(fā)射功率之比的對數（單位為分貝）來評估材料的電磁屏蔽性能，即屏蔽效率（SE），具體涉及反射損耗、吸收損耗和多次反射損失等參數的測量與計算。

材料特性分析：

研究材料的電學特性（如電導率）、磁特性（如磁導率）、介電常數、厚度等對電磁屏蔽性能的影響，同時分析復合材料結構、填料含量及其分散狀態(tài)、填料種類與形狀、制備工藝等因素與電磁屏蔽性能的關系。例如，通過實驗研究不同填料（如金屬填料、碳填料、磁性填料等）對聚合物基復合材料電磁屏蔽性能的提升效果，以及填料含量變化對性能的影響規(guī)律。還對新型電磁屏蔽材料（如電磁屏蔽煙幕材料、形狀記憶聚合物等）的微觀結構、電學性能和電磁干擾屏蔽性能進行測試分析，如對磁性Fe3O4/ 石墨烯 / 碳氣凝膠的微觀結構、電導率和不同波段電磁波屏蔽率的測試，以及對形狀記憶導電高分子纖維復合材料的電導率、在不同頻率下的電磁屏蔽效率、形狀記憶效應及循環(huán)穩(wěn)定性的測試分析。

展望

1.市場增長強勁：全球電磁屏蔽材料市場規(guī)模持續(xù)攀升，中國增長尤為顯著，導熱材料市場在 5G 推動下亦高速發(fā)展，規(guī)模不斷擴大。

2.技術創(chuàng)新引領：持續(xù)的技術革新促使電磁屏蔽材料提升性能指標，導熱材料也借 5G 契機升級，滿足多樣需求。

3.產品多元優(yōu)化：電磁屏蔽材料朝高效、多元特性發(fā)展，導熱材料中石墨膜不斷精進，散熱方案創(chuàng)新迭出、產品豐富。

4.應用廣泛拓展：5G 驅動智能終端涌現，電磁屏蔽與導熱應用領域隨之拓寬，物聯網等新技術也為導熱材料帶來新契機。

5.國產加速崛起：國內供應商借終端國產化契機，憑服務與產能優(yōu)勢搶占市場份額，國產化趨勢顯著。

6.雙功能受矚目：高導熱兼強屏蔽的雙功能材料需求迫切，研發(fā)成果為其制備提供策略支撐。

7.光模塊潛力顯：光模塊市場擴張，導熱與屏蔽材料作用關鍵，相關企業(yè)在多方面蘊含增長潛能、前景廣闊。

參考文獻

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