利用浸渍-高温热解法制备磁性木材并研究产品的磁性和电磁波屏蔽性能
文献综述
摘要：阐述了电磁屏蔽材料的重要性,介绍了不同情况下电磁屏蔽材料的屏蔽机理,综述了涂敷型和结构复合型材料近几年来的国内外研究现状及应用.阐述了磁性木材的发展历程,介绍了磁性木材相比于其他电磁屏蔽材料所具有的优势，因其突出的优点而极具发展前景.
辐射源产生电场和磁场交互变化，能量以波动形式由近向远传播，形成电磁波。电磁屏蔽的作用是利用屏蔽体的反射、吸收、衰减等减弱辐射源的电磁场效应。通常,屏蔽材料对空间某点的屏蔽效果用屏蔽效能SE(ShieldingEffectiveness,dB)表示。SE小于30dB为差;30～60dB为中等,可用于一般工业或商业用电子设备;60～90dB为良好,可用于航空航天及军用仪器设备的屏蔽;90dB以上为优,用于要求苛刻的高精度、高敏感度产品。根据实用需要,对于大多数电子产品的屏蔽材料,在30～1000MHz频率范围内,其SE至少达到35dB以上,方认为是有效屏蔽。 S.A.Schelkunoff电磁屏蔽理论认为,电磁波传播到屏蔽材 料表面时,通常有3种不同机理进行衰减:(1)未被反射而进入屏蔽体的吸收损耗;(2)在入射表面的反射损耗;(3)在屏蔽体内部的多重反射损耗。用公式可表示为:SE=A R B。
- 吸收损耗：吸收损耗是导体材料中的电偶极子或磁偶极子与电磁场作用的结果。由于吸收损耗A发生在屏蔽体内,它与波的类型(电场波或磁场波)无关,只与屏蔽层的厚度、频率、导电率及导磁率有关。因此具有较大磁导率的镍铁钼超导磁合金和镍铁高导磁合金具有良好的吸收电磁波的性能。多层材料叠加可以减小磁畴壁增加磁导率,因此材料越厚A值也就越大。
- 反射损耗：反射损耗是由于空间阻抗和屏蔽层的固有阻抗之间不匹配而引起的,是导体材料中的带电粒子(自由电子或空穴)与电磁场的相互作用的结果。其大小与mu;r/sigma;r大小有关,具有越高电导率或越低磁导率的材料,反射损耗越大,所以金、银、铜等金属都是电磁波的良反射体。反射损耗不仅与材料的表面阻抗有关,也与辐射源的类型及屏蔽体到辐射源的距离(D)有关。
- 多重反射损耗：由于透射波通过内部衰减后,又碰到屏蔽层的另一侧,在这个侧面上又进行反射和透射,反射波再次通过内部,如此进行多次的反复反射,使能量迅速衰减。对于高频,当t/delta;或A很大时,多重反射消耗趋于0可忽略不计;而对于低频由于t/delta;或A很小,应考虑多重反射。通常对于Agt;10dB时,多重反射损耗可以忽略。由于电子设备的高精密发展,要求反射回来的电磁波应尽可能少,以免影响设备的正常工作,因此研究高吸收低反射的电磁屏蔽材料是当前研究的重点;可是很难找到一种单一的材料,同时满足mu;r・sigma;r乘积大而mu;r/sigma;r比值小,因此高吸收低反射的电磁屏蔽材料的研究成了电磁屏蔽材料界的难点。
图1 电磁场屏蔽机理
随着诸如移动电话、局域网和家庭机器人等无线电子设备应用的快速增长，人们的日常生活和生产受到电磁系统所产生电磁波的影响日益严重，社会迫切地需求具有吸收频率范围广、吸收能力强且可控等特点的吸波材料。电磁屏蔽材料按电磁屏蔽机制,电磁屏蔽材料分为3种:反射损耗为主,吸收损耗为主,反射损耗和吸收损耗相结合;按屏蔽材料的组成可分为铁磁类、良导体类和复合类;按屏蔽材料制备与存在形态可分为涂敷型和结构复合型。
电磁屏蔽涂料是由导电填料、树脂粘结剂、溶剂和添加剂组成。根据填料种类的不同，可分为银系、碳系、镍系和铜系电磁屏蔽涂料等。其中镍系涂料吸收和散射的能力强，磁矢量的衰减幅度大。镍具有优良的抗氧化性、抗化学腐蚀性等完全可以满足应用要求，因此镍系电磁屏蔽涂料在涂料类中占有较大的比重。用涂料作屏蔽涂层，工艺简单，可喷涂、刮涂、刷涂等，无需特殊设备，成本相对较低，因而得到广泛的应用。统计表明，在美国使用电磁屏蔽涂料方法占各种屏蔽方法的80%以上。据报道，我国研制出的一种宽频段的电磁波屏蔽系列涂料，在10kHz-1GHz的频宽范围内，电磁屏蔽性能、物理性能和环境性能均达到《军用电磁屏蔽涂料通用规范》（GJB2604-96）。
结构型复合材料则以屏蔽塑料为主，其中主要是表层导电型屏蔽塑料和填充型屏蔽塑料。表层导电型屏蔽塑料是利用贴金属箔、金属熔融喷射和非电解电镀等方法在塑料表面获得很薄的金属层，从而达到屏蔽的目的。表层导电型材料具有导电性好，屏蔽效果佳等优点，但是其金属箔复合层或镀层在使用和加工过程中容易剥离，性能较差，因此使用较少。填充型复合屏蔽塑料是由导电填料和合成树脂通过混炼造粒，并采用注射成型，挤压成型或压塑成型等方法制得。导电填料一般选用导电性能优良的大尺寸纤维或片状材料，如金属纤维、金属片、镀金属片，此外还有碳纤维、超导碳黑和金属合金等。与表层导电型材料相比，填充型材料具有一次成型的特点，从而可以降低成本，提高产品的可靠性，因此使用较多。
1992年，日本学者同英夫(H．Oka)首次发表了磁性木材制备方法的专利。磁性木材除了具有最基本的木材属性外，还具有磁特性。磁性木材制备方法主要有3种，即：浸透法、粉体法和涂布法。磁性木材可用做加热板、吸引板和吸波板等。1992年，美国学者R．H．Mar chessaul t等首次发表了采用腔内填充法制备磁性木质纤维的专利。磁性木质纤维的制备方法主要有：定位合成法、腔内填充法和表面涂布法。磁性木质纤维主要用于制造磁性纸。
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