電磁屏蔽高分子材料

研究進(jìn)展

高分子物理

目前，國家對(duì)太空環(huán)境的研究高度重視。其中木星探測(cè)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(zhì)高效的電子屏蔽防護(hù)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(dǎo)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(dǎo)電性，但存在不耐腐蝕、柔韌性欠佳、加工難度大、質(zhì)量較重、價(jià)格高及屏蔽效能不可調(diào)等缺陷。

新型材料

導(dǎo)電塑料器件（采用導(dǎo)電填料與塑料基材復(fù)合，質(zhì)量輕、耐候性好等）、導(dǎo)電硅膠（添加金屬粉末，用于戶外和水下設(shè)備，兼具多種功能）、金屬屏蔽器件（適用范圍廣，彈性好、重復(fù)使用性佳）、導(dǎo)電布襯墊（內(nèi)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(shù)（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(dǎo)電襯墊用更薄原料布和更好泡棉，導(dǎo)電涂料用碳素系導(dǎo)電粉。

導(dǎo)熱材料

主要分為導(dǎo)熱膏（以有機(jī)硅酮為原料，導(dǎo)熱率高、膠層薄等，用于電子器件導(dǎo)熱散熱）、片狀導(dǎo)熱間隙填充材料（如導(dǎo)熱硅膠片，填補(bǔ)空隙傳遞熱量，可任意裁切，部分產(chǎn)品有附加功能）、液態(tài)導(dǎo)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(dǎo)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(chǎn)和使用）、導(dǎo)熱凝膠（解決導(dǎo)熱膏問題，熱阻低、壓縮變形應(yīng)力小，無需固化過程，廣泛應(yīng)用）、石墨膜（高結(jié)晶態(tài)碳組成，導(dǎo)熱功能佳，分為單層、多層和復(fù)合型，人工石墨膜需求大）。未來對(duì)導(dǎo)熱石墨膜材料要求更高，如厚度更薄、導(dǎo)熱性更好、可加工為 3D 結(jié)構(gòu)或形成復(fù)合多功能材料。

理論基礎(chǔ)

01

電磁屏蔽原理

電子設(shè)備通電產(chǎn)生電磁波會(huì)干擾其他設(shè)備，電磁屏蔽產(chǎn)品利用材料對(duì)電磁波反射和吸收，阻斷其傳播路徑。當(dāng)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(jìn)入材料內(nèi)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(duì)電子設(shè)備電磁屏蔽有結(jié)構(gòu)本體和屏蔽襯墊兩種方式。

02

導(dǎo)熱材料原理

用于解決電子設(shè)備熱管理問題，散熱方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射，散熱系統(tǒng)由風(fēng)扇、散熱片和導(dǎo)熱界面器件組成。導(dǎo)熱界面器件填充發(fā)熱與散熱元件間空氣間隙，提高導(dǎo)熱效率，其特性影響電子設(shè)備穩(wěn)定性和壽命。導(dǎo)熱材料通過填充粗糙結(jié)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(dòng)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁屏蔽通過材料或屏障降低電磁場(chǎng)強(qiáng)度和電磁波輻射，可分為靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)屏蔽。屏蔽效果取決于材料對(duì)電磁波吸收和反射，與材料電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度等因素有關(guān)，還受復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、填料含量及分散狀態(tài)等影響。屏蔽效率（SE）評(píng)估材料電磁屏蔽性能，其計(jì)算涉及反射損耗、吸收損耗和多次反射損失等，同時(shí)存在內(nèi)部多重反射與散射機(jī)制，功率損耗由電功率和磁功率損耗組成，其相對(duì)重要性取決于材料特性和入射輻射特性。

測(cè)試分析

屏蔽效率測(cè)試：

通過測(cè)量入射輻射功率與發(fā)射功率之比的對(duì)數(shù)（單位為分貝）來評(píng)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(shù)的測(cè)量與計(jì)算。

材料特性分析：

研究材料的電學(xué)特性（如電導(dǎo)率）、磁特性（如磁導(dǎo)率）、介電常數(shù)、厚度等對(duì)電磁屏蔽性能的影響，同時(shí)分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、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(guān)系。例如，通過實(shí)驗(yàn)研究不同填料（如金屬填料、碳填料、磁性填料等）對(duì)聚合物基復(fù)合材料電磁屏蔽性能的提升效果，以及填料含量變化對(duì)性能的影響規(guī)律。還對(duì)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(jié)構(gòu)、電學(xué)性能和電磁干擾屏蔽性能進(jìn)行測(cè)試分析，如對(duì)磁性Fe3O4/ 石墨烯 / 碳?xì)饽z的微觀結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率和不同波段電磁波屏蔽率的測(cè)試，以及對(duì)形狀記憶導(dǎo)電高分子纖維復(fù)合材料的電導(dǎo)率、在不同頻率下的電磁屏蔽效率、形狀記憶效應(yīng)及循環(huán)穩(wěn)定性的測(cè)試分析。

展望

1.市場(chǎng)增長強(qiáng)勁：全球電磁屏蔽材料市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)攀升，中國增長尤為顯著，導(dǎo)熱材料市場(chǎng)在 5G 推動(dòng)下亦高速發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大。

2.技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)：持續(xù)的技術(shù)革新促使電磁屏蔽材料提升性能指標(biāo)，導(dǎo)熱材料也借 5G 契機(jī)升級(jí)，滿足多樣需求。

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

4.應(yīng)用廣泛拓展：5G 驅(qū)動(dòng)智能終端涌現(xiàn)，電磁屏蔽與導(dǎo)熱應(yīng)用領(lǐng)域隨之拓寬，物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)也為導(dǎo)熱材料帶來新契機(jī)。

5.國產(chǎn)加速崛起：國內(nèi)供應(yīng)商借終端國產(chǎn)化契機(jī)，憑服務(wù)與產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)搶占市場(chǎng)份額，國產(chǎn)化趨勢(shì)顯著。

6.雙功能受矚目：高導(dǎo)熱兼強(qiáng)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(chǎng)擴(kuò)張，導(dǎo)熱與屏蔽材料作用關(guān)鍵，相關(guān)企業(yè)在多方面蘊(yùn)含增長潛能、前景廣闊。

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