电磁屏蔽功能的新型建筑材料浅析_曹发红

335 华 章 M agnificent W riting ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ???????????? ? 电磁屏蔽功能的新型建筑材料浅析 曹发红 （大连市建设控股有限公司，辽宁 大连 116021） [摘 要] 电子、通信、计算机与电气设备等大量进入家庭，极大地改善了人们的物质、文化与生活水平，但与此 同时也带来了一个新问题：电磁环境日趋恶化，居民住宅及办公楼内电磁辐射水平有明显增加的趋势。 [关键词] 电磁屏蔽；功能；新型建筑材料 世界发达国家的科学家正致力于电磁辐射建材的研究，拟 将房屋建筑作为电磁辐射的一个屏蔽区域。电磁屏蔽实际上是 为了限制从屏蔽材料的一侧空间向另一侧空间传递电磁能量。 电磁波传播到达屏蔽材料面时，通常有3种不同机理进行衰 减：（1）在入射表面反射衰减；（2）来被反射而进入屏蔽体 的电磁波被材料吸收的衰减；（3）在屏蔽体内部的多次反射 衰减。基于这三种衰减原理，人们想到了用吸波混凝土吸收户 外的电磁波，用纳米吸波涂料吸收室内的电磁辐射等。另外新 型的防电磁玻璃和电磁屏蔽油漆等也逐渐被研发利用，这些新 型建筑材料的应用起到了良好的电磁屏障效果。 1、电磁屏蔽混凝土的研究现状 混凝土对电磁波有一定的反射、吸收和透射作用。混凝 土屏蔽体对高频电磁波的屏蔽原理主要是反射和吸收。有电 磁波在空间传播的波阻抗和混凝土的波阻抗相差很大时，电 磁波到达空问和混凝七界面才会产生反射，而电磁波能量吸 收靠混凝土内部损耗。普通混凝土对高频电磁波具有一定的 屏蔽功能，主要是靠反射和吸收作用，屏蔽效果不佳，只有 给其添加电磁损耗物质后才具有较高的屏蔽功能。如添加纳 米金属粉末。纳米金属粉末具有二个特殊性能：一是纳米金 属粉末的强度、硬度高，且晶粒尺寸越小，其强度、硬度越 高，它还有很好的塑性；二是纳米金属粉末是一种良好的吸 波材料，这是由于金属粉末本身就是低电阻的导体材料，符 合电磁屏蔽的一般原理，另外纳米材料的表面效应，增加了 纳米材料的活性，在微波场的辐射下，原子和电子运动加剧， 促使磁化，使电子能转化为热能从而增加对电磁波的吸收。 因此，把它作为电磁波屏蔽材料添加到混凝土中具有一定的 应用前景。但由于目前加工纳米矿粉的成本高，限制了它在 水泥混凝土中的应用。另外，为了使电磁屏蔽既实用，又经 济，可以在混凝土中掺入碳纤维。日本研究人员研究发现普 通混凝土在500Hz的电磁屏蔽效应仅为ldB，在掺入碳纤维体 积率为3%的电磁屏蔽效能可达到15dB。为防止大楼会议室 内的无线通信电话LAN（2.45GHz）的使用带来电磁信号泄 漏，用碳纤维混凝土预制板做其屏蔽维护结构，测试结果为 电磁屏蔽效能可达到75dB。碳纤维混凝土的防护原理是电磁 波能量的损耗主要是混凝土内部的透射损失。 2、吸波涂料的研究现状 吸波涂料是能够吸收投射到它表面的电磁波能量、并通过 材料的损耗转变成热能的一类材料。屏蔽涂料是将合成树脂、 导电填料、溶剂配制而成，将其涂覆于基材表面形成一层固化 膜，从而产生导电屏蔽效果。导电涂料作为电磁屏蔽材料的最 大优点是成本低、简单实用且适用面广。美国军方在20世纪60 年代发明了银系导电涂料作为电磁屏蔽材料是使用最多，也是 开发最早的品种之一。银系涂料性能稳定，屏蔽效果极佳，可 达65dB以上，但其成本太高，只能用于对电磁辐射有特殊要 求的场合。镍系料涂屏蔽效果好，价格适中，并且抗氧化能力 比较强，因而成为当前国外电磁屏蔽用涂料的主流。其涂层厚 度为 50-70µm 时体积电阻率为 10-3Ωcm ，屏蔽效果可达 30-60dB。但镍系涂料在低频区（<30MHz）的屏蔽效果不如 铜系涂料。铜系涂料导电性好，但抗氧化性差。随着近年抗氧 化技术的发展，铜系涂料的开发与应用也逐渐增多。如日本昭 和电力公司的铜／丙烯酸树脂，由于对铜进行了特殊处理，导 电性能比较稳定，并且用量少，仅为镍系涂料的一半。由于铜 的体积电阻率比镍小。因此，在涂层厚度相同时，铜系涂料的 表面电阻率比镍系涂料低。铜粉表面镀银后体积电阻率可达 10-2Ωcm，与银系涂料相当，屏蔽效果良好。涂层厚30µm的屏 蔽效果相当于6Oµm厚的镍系涂料，价格较低。因此，可以作 为一般工业用电磁屏蔽材料。 近年来国外正致力于发展复合型导电涂料，这种导电涂料 以一种价廉、质轻的材料（如玻璃、云母、石墨等）作为基底 或芯材，在其表面包覆一层或几层化学稳定性好、耐腐性强、 电导率高的导电物质（如银、镍、铜等）而得到复合材料。目 前导电云母以其比重小、导电性好、有光泽、颜色可调等优点 而受各国的重视。目前屏蔽涂料主要是以复合型导电涂料为主 要发展方向，尤其是美国和日本都很重视复合型屏蔽涂料的开 发和应用。虽然我国也于1988年6月颁布了《信息技术设备的 无线电干扰极限值和测量方法》的标准，但我国在这方面的研 究并不很多，与国外的发展水平差距较大。 3、其他新型电磁屏蔽材料研究现状 莫斯科捷科公司的专家在航空航天工艺基础上，前不久研 制成功能吸收电磁辐射的系列油漆产品。该油漆可吸收或反射 电磁辐射，该漆所有成分中不含任何金属，打破了防辐射必须 含金属材料的传统。因此，涂有该漆的保护屏比金属保护屏重 量轻得多，而且生产成本也低得多。该漆还具有良好的粘接性 能，能与各种固体表面粘结。将该漆刷涂在金属或钢筋混凝土 结构上，不仅能保护内部房间不受电磁辐射，而且可防止自身 结构金属腐蚀。另外日本某玻璃公司研制一种防电磁波玻璃。 这种玻璃内侧镀有导电性很强的特殊金属，可遮挡从建筑外侵 入的电磁波，使之减少到千分之一甚至十万分之。 4、电磁屏蔽材料发展前景展望 在我国，研究具有电磁屏蔽功能的建筑材料起步比较晚， 所以屏蔽理论和相关材料的制备技术、设备与发达国家相比还 有一定差距，并且由于制各工艺和成本原因，研制成功的电磁 屏蔽材料只限应用于一些特殊的领域（如辐射严重的实验室 等），未能普及。国内研究人员正致力于改善制备工艺，降低 成本，从而使新型的电磁屏蔽材料能普及应用到各种建筑中。 另外，电磁屏蔽与纳米材料相结合也是未来研究的难点和热 点。在电磁辐射日益严重的今天，研制具有电磁屏蔽的建筑材 料具有广阔的发展空间和非常好的应用前景。 作者简介：曹发红，大连市建设控股有限公司。