一、前言
在 过去的二十几年里，由电器设备的干扰而产生的问题即所谓的电磁辐射已成为人们普遍关注的一个热点问题，电磁辐射波易使周围的电子电器设备受到干扰，产生误 操作、图像障碍或者声音障碍，而且还会造成计算机信息泄漏等严重的社会问。同时电视机、计算机，手机等常用电器的电磁辐射也会对人体产生危害。而近些年随 着各种电器的普及，电子计算机，通讯卫星，高压输电网和一些医用设备等的广泛应用，由此带来的电磁污染越来越严重，为此，人们研究了适用于不同领域的各种 电磁屏蔽技术，如铁磁材料，良导体材料，复合材料及其他新型材料。科学技术的发展对电磁材料的屏蔽性要求越来越高，不同目的和使用条件的应用中，往往需兼 顾其他方面进行综合设计，所以开发综合性能好，方便，适用而且成本低的电磁材料具有重要的社会和经济效益，所以电磁屏蔽材料应该向屏蔽效能更高，屏蔽频率 更宽，综合性能更优良的方向发展，下边就这些问题进行一些讨论。
二、电磁屏蔽理论
（一）屏蔽材料分类
屏蔽是利用屏蔽体（ 特定性能的材料）阻止或衰减电磁骚扰能量的传输，是抑制电磁干扰的重要手段之一[1]。屏蔽有两个目的：限制内部辐射的电磁能量泄漏;防止外来的辐射干扰进入。根据屏蔽的工作原理可将屏蔽分为以下三大类：
1.电场屏蔽
电场屏蔽主要是为了防止电子原件或设备间的电容耦合，它采用金属屏蔽层包封电子器件或设备，其屏蔽体采用良导体制作并有良好的接地，这样就把电场止于导体表面，并通过地线中和导体表面上的感应电荷，从而防止由静电耦合产生的相互干扰。
电场屏蔽使金属导体内的仪器不受外部影响，也不会对外部电场产生影响，主要是为了消除回路之间由于分布电容耦合而产生的干扰，静电屏蔽只能消除电容耦合，防止静电感应，屏蔽必须合理地接地。在实际应用中，屏蔽措施经常科学地与接地相互结合才能更好地发挥作用。
2.磁场屏蔽
磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽是把磁力线封闭在屏蔽体内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入，为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场。
屏蔽体是用高导磁率材料，有效防止低频磁场的干扰。其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的磁导系数，材料的磁导率愈高，磁阻愈小，屏蔽效果就愈显著。磁场屏蔽又分为低频磁屏蔽和射频屏蔽。
低 频磁屏蔽技术用于从恒定磁场到30KHz的整个频段，它是利用铁磁性物质的磁导率高、磁阻小、对干扰磁场进行分路来实现的。屏蔽材料的屏蔽效能主要由吸收 损耗和反射损耗两部分构成，低频磁场由于其频率和波阻抗较低，故吸收损耗和反射损耗都很小。为了提高屏蔽材料的屏蔽效能，因此重点考虑材料的吸收损耗和反 射损耗。为了获得高频的吸收损耗，可以使用导磁率较高的材料；但是，导磁率高的材料通常导电性不是很好，这导致了反射损耗减小。为了增加反射损耗，可在高 导磁率材料的表面增加一层高导电率的材料。通常采用铁磁性材料如铁、轨钢片、坡莫合金等进行磁场屏蔽。
射 频磁屏蔽则是利用良导体在入射高频磁场作用下产生涡流，并由涡流的反磁通抑制入射磁场。低频磁场屏蔽的方法在高频时并不适应，只要原因是磁铁性材料的磁导 率随频率的升高而下降，从而使屏蔽效能变坏，并且高频时磁铁率材料的磁损增加。因此需要良导体，可以产生很强的感应涡流，常用屏蔽材料有铝、铜及镀银等。
3.电磁屏蔽
电 磁屏蔽主要用于防止在高频下的电磁感应，利用电磁波在导体表面上的反射和在导体中传播的急剧衰减来隔离变电磁场的相互耦合，从而防止高频率电磁场的干扰。 利用趋肤效应可以阻止高频电磁波良导体而做成电磁屏蔽装置。电磁屏蔽是抑制干扰、增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段，合理地使用电磁屏蔽，可以抑 制外来高频电磁波的干扰，也可避免作为干扰源去影响其他设备。
（二）电磁屏蔽原理
不同的设备，从大功率电视，无线电广播站，高频加热工业设备到不同用途的测量、检验、试验仪器以及日常的通讯设备都是电磁能的辐射源。电磁能的辐射频率为3Hz.
电 磁屏蔽的作用是减弱由某些辐射源产生的某个区（不包含这些源）内的电磁场效应，有效地控制电磁波从某一区域向另一区域辐射而产生的危害。其作用原理是采用 低电阻的导体材料，由于导体材料对电磁能具有反射和引导作用，在导体材料内部产生与源电磁场相反的电流和磁极化，从而减少源电磁场的辐射效果。
电磁屏蔽主要用来防止高频磁场的影响，它采用低电阻的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面产生反射以及在导体内部产生吸收和多次反射而起到屏蔽作业的，其目的是为了有效地防止电磁波从一侧空间向另一侧空间传播。用于电磁屏蔽材料的屏蔽性能通常用Schelkunoff[2]表示为：
S(总屏蔽效能，dB)=R+A+B
式中，R（反射损耗）的取值如下：
平面波：R=108.2+10lgr(106)
磁场波：R=20lg
电场波：R=361.7+10lgr/rf3d2
A(吸收损耗)=1.314
B(反射损耗)=20lg{(1-(Zm-Zw)/(Zm+Zw)2*10-A/10*[cos(0.3023)-j sin(0.3023)]}
式中，r为相对磁导率；r为相对电导率；f为频率（Hz）；为屏蔽材料厚度（cm）。d为干扰源到屏蔽体的距离（cm）。
由公式可以看出，要使材料具有好的电磁屏蔽性能，材料的相对电导率和相对磁导率必须较高。
（三）电磁屏蔽材料的进展
1.工业硅钢材料
工业硅钢片分为冷轧取向和热轧取向硅钢片两种。硅钢片*初是提高工业纯铁的电磁屏蔽效能同时降低材料的矫顽力和反复磁化损耗中演变出来的。通过硅钢片中硅的含量，明显改善材料的电磁屏蔽效能，但是这时的硅含量不能超过4%，否则材料的脆性增加，其机械加工性能会急剧恶化。此后，人们改进硅钢片的生产工艺，将硅钢片在拉应力的条件下进行冷轧，再结晶、退火，使材料内部形成一种特殊结构：高斯结构[3]。在这种结构中，所有晶粒成同一取向，即晶粒的易磁化方向[100]轴与轧制方向平行，难磁化方向[111]轴与轧制方向成55度角，而中等磁化轴[110]轴 与轧制方向垂直，此时的硅钢片就成为冷轧取向硅钢片。由于材料内部结构的改变，冷轧硅钢片的磁滞回线特别窄而且陡，很容易上升到磁感应饱和区，这样就明显 的降低了材料的反复磁化损耗，优化了材料的综合电磁屏蔽效能。在此基础上，进一步改变材料成型工艺，如使材料在磁场中进行冷却、反复结晶退火等，可以使材 料内部的高斯结构变为一种立方结构[4]：晶粒的易磁化面[100]面平行于轧制方向，[110]面与轧制方向成45度，[111]轴偏离磁化平面，这时材料在轧制方向和垂直于轧制方向上都同样具有较高的相对磁导率���但这种结构的材料还处于试验室阶段，其大量应用还有待于工艺技术的进一步发展。
2.硅镍合金
铁镍合金的电磁屏蔽效果要比工业硅钢片优越得多。尤其是在低频磁场中，铁镍合金具有相当高的初始磁导率、相对磁导率、低矫顽力和低反复磁化损耗等有点。其代表是坡莫合金（79%镍，21%铁）， 它不仅可以通过轧制结晶退火得到，而且还可以在居里点之下进行强磁场冷却，强迫镍原子和铁原子定向排列，使得这样铁镍合金的磁滞回线呈矩形，使材料的应用 范围得到扩大。同样为了获得不同屏蔽性能的铁镍合金，也可以对合金进行强磁场热处理，这样可以改善材料沿磁路方向上的磁导率，也可以优化合金的电磁屏蔽效 能。但是必须注意的是，由于在材料的冷却却成型过程中会发生原子的有序化，这会使得材料内部的原子磁矩取向变得混乱，影响材料的*终电磁屏蔽性能，所以必 要的时候应该向合金中添加微量元素[5]如钼、钴、铜等元素，以减缓合金中原子的有序化速度，从而改善材料的屏蔽效能。这方面的代表合金有1J50、1J51、1J79和1J85五种。
3.导电高分子聚合物
典型本征导电聚合物中的聚苯胺（PANI）由于其结构多样化、环境稳定好、易加工、价格低廉以及特殊的掺杂机制而成为导电聚合物的研究热点，尤其是在微波吸收和屏蔽电磁干扰（EMI）方面。
导电聚苯胺具有重量轻、韧性好、易加工、电导率易于调节的优势，用它做电磁干扰屏蔽材料可以弥补典型金属型电磁屏蔽材料的成型缺陷。从电损耗等许多因素是材料的导电和介电特性。宋贤月等从掺杂工艺出发，利甲酚作掺杂溶剂[6],因为间甲酚有二次掺杂效应，它能让“缠结”的PANI主链“扩展”开，使PANI主链的排列和构象发生变化，PANI主链共轭结构得到增强,从而使导电聚苯胺的导电率到达*大值，较大地提高了其磁屏蔽性能。在此基础上，再用樟脑磺酸作为掺杂剂并用机械研磨混合对聚苯胺进行掺杂，可以得到的*高导电率为13.4S/cm，完全满足用这种方法节省掺杂剂，使用溶剂较少，制备导电聚苯胺的效率高，材料制成的薄膜导电率可到达370S/cm，完全满足电磁屏蔽材料对电导率必须大于10S/cm的要求。对于有机磺酸掺杂的聚苯胺，当厚度为26m时，屏蔽效能为35dB，所用薄膜导电率为150S/cm；当屏蔽增加到80m时，屏蔽效能可达到70dB。我国华音科技有限公司所研制的屏蔽系列电磁涂料[7]在80m时，屏蔽效能能达到40~60dB，但由于其中掺有金属粉末，因而比重较大，达2.1g/cm3，而在应用过程中，总是希望材料越薄越轻越好。这种新型聚苯胺薄膜的密度约为1.2g/cm3，比掺有金属粉末的复合型电磁涂料的密度小，因此将更有应用前景。
4.非晶型屏蔽材料
非晶型屏蔽材料是利用在原始屏蔽体上增加一层某一厚度的非晶太物质，通过非晶态物质的特殊性质，和原来屏蔽体复合后达到较好的电磁屏蔽性能。非晶态层的形成目前主要有以下几种方式：（1）用某些电解液在金属表面上沉淀的非晶薄膜[8]。例如在1.00mm厚的电工钢10895、0.50mm厚的合金80HXC和81HMA以及1.00厚的AMr和Amu型铝合金上镀上厚10~20m的NI-P非晶镀层，所有试样的E（电场）项分量的衰减水平和原始材料的性能一样，都是高而稳定的；其M（磁场）项分量则较原来材料有较大改善，使合成材料*终屏蔽效能值大大提高。（2）非晶合金纤维组成材料。它是将屑状或薄片状的非晶态物质用有机粘合剂粘接后再用热挤压发制成的。例如使用非晶纤维和针状铝组成的混合物，这种结构具有立体的网状组织，其质量比具有等效屏蔽性能的单一材料小1/3~1/2，这样在保持材料屏蔽性能不变的同时，大幅度降低制作的成本。（3）等离子喷涂制得的大块非晶镀层。这种方法由于在制作非晶镀层的过程中不会破坏原来集体的屏蔽性能，故*终组成物应该加上一定的热处理工序，使材料的屏蔽性能*佳化。（4）多层非晶镀层。类似材料结构的复合，这样做可以充分利用各非晶镀层的有点，进一步提高材料的*终屏蔽性能值，但该方法目前还面临许多技术难题，如各非晶层之间的粘接、各镀层厚度的优化组合等，有待于更深一步的研究。
5.纳米材料
纳米材料是指材料尺寸线度在纳米级，通常在1~100nm之 间的准零维超微粉、一维超细薄膜或一维超细纤维或由它们组成的固态或液态材料。纳米材料是物质从宏观到微观的过渡，物质的表面态超过体内态，量子效应十分 显著，并失去作为宏观物态物质所具有的特性，成为低维材料。纳米材料的特殊的特殊结构导致奇异的表面效应和体积效应，使其他屏蔽材料复合所得的新型材料是 一种极有前途的电磁屏蔽材料。
三、电磁材料的具体运用
（一）电磁材料在发射箱上的应用
用 金属材料做成的发射箱，其电磁屏蔽效果很好。这是因为当高频电磁波射向导体表面后，它会在导体中感应出一个高频交流电流，此电流会形成一个新的电磁波，新 形成的电磁波在导体内部与入射的电磁波相位相反，同时导体内电流的产生导致能量的消耗，结果导体内总的电磁场随着深度呈现指数衰减趋势，可用穿透深度表示 电磁波的影响程度，穿透深度与入射波的频率、材料的导电率、和磁导率有关系。频率越高、导电率越大、磁导率越大穿透率越小，金属的电导率都很高，因此有良 好的电磁屏蔽效果，但由于金属材料做成的发射箱成本高，重量也大，因此相当一部分发射箱采用了非金属材料。
碳系虽成本低廉，但导电性差，体积电阻可达10-2~10-3*cm，一般用作防静电涂层[9],对于电磁屏蔽所要求的高导性达不到金属粉的效果，所以很少用作发射箱的电磁屏蔽。
镍系是一种**涂料，目前已广泛使用，这是由于镍的化学稳定性较好，经表面处理后导电性相当稳定[10]。且镍系涂料价格适中，屏蔽效果好，抗氧化能力比铜强，因而成为当前发射箱的涂料电磁屏蔽方式中的**。
对 于非金属复合材料发射箱，制作时可将导电织物缠绕或手糊在制品的夹层中，该导电织物可以起到良好的电磁屏蔽作业，而且材料的强度不会发生较大变化。由于导 电织物需要采用铺层工艺成型夹在发射箱体壁厚的中间，因此应用该种材料来实现电磁屏蔽在制造工艺上还是有相当大的局限性。但导电织物在电磁屏蔽方面由于其 方便、实用、效果好、重量轻等有点而成为近年研究的热点。
（二）在火箭弹包装中的应用
火箭弹的储存要**将其单独存放，当存放在地面库时应置于边远库房，弹头朝向空旷地[11]。理论上讲，这种储存要求可以将火箭弹意外发火的可能性及危害程度降至较低点。是,单纯地以改善储存条件来减少火箭弹的意外发火是被动的方法。必须从火箭弹的包装入手,切断外界电磁危害对火箭弹的影响,彻底解决火箭弹的意外发火问题。
近年来生产的火箭弹包装分为外包装和内包装两部分。外包装是采用角钢焊接成框架的铁笼式包装,其主要作用是便于该弹种的装卸搬运以及堆码方便。但是,由于外包装采用的是框架形式,内包装还是裸露在外而直接与外界接触,因此外包装起不到防止火箭弹意外发火的作用。
火箭弹内包装采用的是玻璃钢包装筒,它的优点是:筒体强度、刚度好;耐酸碱;防水、防潮性好,气密性符合要求;不存在低温脆裂和高温软化问题;不易腐蚀、霉烂,抗白蚁性能优良。但美中不足的是玻璃钢由于其绝缘性而不具备保护点火具免受外界电磁干扰的能力。如何对火箭弹内包装进行适当的改进,使其满足防电磁侵害的要求,是对火箭弹包装改进研究的一项重要内容。
（三）在涂料设备中的应用
填料在基体中的分散是否均匀对其导电性十分重要。以石墨为例,制备综合性能优异的膨胀石墨填充导电复合材料的关键是减少复合材料的孔隙,特别是要保证基体充分浸润膨胀石墨,使得石墨层片均匀分散在基体当中并与基体良好粘结。在填料体积分数不变的情况下,片状填料粒子比球状填料粒子具有更低的导电渗滤阈值。这是因为片状填料粒子在基体中形成导电网络时比球状填料粒子所需的填充分数小。并且片状粒子的径厚比大,容易在基体中形成导电网络。对插层复合导电高分子材料的研究也证实了这一点。导电填料粒度越小越好,但必须有一个适当的分布,以便获得紧密堆积和增大接触面积,提高导电能力;而其用量则与填料的导电性能、粒度、形状等密切相关。以普通的金属微粉或碳粉作为导电填料时,复合材料的渗滤阈值约在15%~20%(质量分数,下同),甚至30%,而以纳米级的导电粉末作填料时,该值仅在1%~3%。石墨的剥离程度对于该复合材料的导电渗滤阈值的影响也很重要。在较低的填充分数下,未完全剥离的石墨粒子其粒子间相互接触的几率比较小,而当石墨完全剥离成纳米厚度后,在不变的填充分数下,石墨粒子的数量和径厚比均明显增大,从而使得各粒子之间相互接触的几率大大增加,更容易形成导电网络。石墨粒子的完全剥离、巨大的径厚比以及在基体中的均匀分散是该导电复合材料的具有低渗滤阈值和高导电性能的主要原因。利用原位聚合反应,能够充分保证石墨粒子的剥离,避免石墨粒子的团聚,使得石墨在基体中能够分散均匀,*大限度地保证了这3个条件的满足,因而是制备聚合物/石墨纳米导电复合材料的优良方法[12]。
四、研究展望
将有机组份和无机组份在纳米尺寸上相结合，设计和制备出具有各种独特性质（包括光化学性质）的杂化材料，一直是材料化学研究和努力的方向。溶胶—凝胶合成技术，为实现材料的制备提供了可靠的实验手段。无疑，光化学杂化材料展现出广阔的应用前景。
从 电磁屏蔽材料的发展来看，未来电磁屏蔽材料的发展趋势主要有：一、屏蔽材料内部结构优化、成型工艺改进，可以提高材料的综合电磁屏蔽材料；二、材料的非晶 化和纳米化，通过这两种手段，可以对材料内部组织进行优化，甚至使材料内部晶粒细化到纳米级别，从而可能产生质的飞跃，大大提高材料包括电磁屏蔽性能在内 的综合性能；三、用工艺及结构的复合化改良材料的电磁屏蔽材料，例如将有机组份和无机组份在纳米尺寸上想组合，制得各种性质独特的杂化材料[13]等。
电磁屏蔽材料在电子工业高速发展的时代是一种防止电子污染所必须的防护性功能材料，是目前新技术发展领域中的新型化工材料。其电磁屏蔽性能及材料的物理机械性能将随着我国电子工业的飞速发展而日益改善和提高。
五、结束语
随着电子工业的发展,各家对电磁干扰、信息**、人员**问题都越来越重视。以上综述的几类主要电磁屏蔽材料,在不同目的和使用条件的工程应用中,往往需兼顾其它方面进行综合设计,所以开发综合性能好、方便、适用且成本低的电磁屏蔽材料具有重要的社会和经济效益。
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