电磁屏蔽高分子材料的最新研究动态与进展

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

主要分为导热膏（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.

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[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.