解析廢納米晶磁片植入環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電磁屏蔽作用論文

　　前言

　　隨著當(dāng)代工業(yè)社會的發(fā)展，電磁輻射引起的電磁污染已成為繼大氣污染、水污染、噪音污染后的第四大污染。電磁波引起的電磁干擾(EMI)不僅會干擾電氣設(shè)備，也會對人體健康帶來嚴(yán)重的威脅，如何解決上述問題成為當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料著重強(qiáng)衰減，而新型材料則大多采用復(fù)合技術(shù)，突出低成本、無污染、質(zhì)量輕、頻帶寬和性能好等特點，能適應(yīng)不同場合和環(huán)境的應(yīng)用需求。自1960年美國Duwez教授發(fā)明了用快淬工藝制備非晶態(tài)合金之后，非晶納米晶軟磁材料的制造和應(yīng)用凸顯優(yōu)異的節(jié)能和環(huán)保效益。本課題組對納米晶軟磁材料的性能研究已經(jīng)做了一些相關(guān)工作。筆者將廢納米晶磁片加入環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中，研究其對復(fù)合材料的電磁屏蔽效率和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，并探究一種節(jié)能環(huán)保的新型電磁屏蔽材料。

　　1 實驗材料及方法

　　采用廢納米晶磁片、干燥后粉碎的樹葉、廢塑料粉末、廢玻璃粉末以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%以上的SiC粉末等原料，用環(huán)氧樹脂及其固化劑粘結(jié)后，在特制模具中壓制成直徑為50mm、厚度為8mm的復(fù)合材料，經(jīng)72h固化處理，進(jìn)行電磁屏蔽效率及導(dǎo)熱系數(shù)的測定。

　　使用QX-5電磁輻射測試儀測試電磁屏蔽效率η;使用WNK-100導(dǎo)熱系數(shù)測定儀，在設(shè)定溫度為55℃條件下測量導(dǎo)熱系數(shù)λ。廢納米晶磁片中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為硼1%～3%，硅0.5% ～1.0%，鎳1% ～3%，釤0.05%～0.10%，其余為鐵。

　　2 結(jié)果與討論

　　加入廢納米晶磁片的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料組織中分布著廢納米晶磁片顆粒，組織中存在孔隙。

　　工頻(50Hz)電磁屏蔽效率隨著廢納米晶磁片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線�？梢姡弘S著廢納米晶磁片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至40%，復(fù)合材料的工頻電磁屏蔽效率得到提高。

　　高頻(3MHz～30MHz)電磁屏蔽效率隨著廢納米晶磁片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線。可見：隨著廢納米晶磁片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，電磁屏蔽效率得到提高。廢納米晶磁片對高頻輻射的屏蔽效率略高于工頻輻射的屏蔽效率。

　　納米晶軟磁材料屬于磁介質(zhì)型吸波材料，其吸波機(jī)制與鐵氧體的類似，它具有較大的磁損耗正切角，依靠磁滯損耗、疇壁共振和自然共振、后效共振等磁化機(jī)制衰減和吸收電磁波。納米晶材料含有鐵磁性的金屬超細(xì)微粒，具有復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率和復(fù)數(shù)介電常數(shù)，與微波頻率電磁波有強(qiáng)烈相互作用，因此具有大量吸收電磁波能量的條件。從金屬超細(xì)微粒的散射衰減來看，當(dāng)外來電磁波作用到某一微粒時，一部分微波能量透過微粒，一部分被微粒散射，另一部分被微粒損耗掉。當(dāng)微波經(jīng)過多個微粒作用后，衰減作用也增大。磁性超細(xì)微粒由于存在磁各向異性、形狀各向異性，微粒內(nèi)部必然存在一個等效各向異性場，磁矩繞這個等效場存在阻尼作用，如果有一交變場作用在此磁矩上，當(dāng)進(jìn)動頻率和交變頻率相同時，將發(fā)生共振，從而導(dǎo)致對電磁波的強(qiáng)行吸收。這也是磁性金屬超細(xì)微粒吸收電磁波能量的一種方式。綜上所述：由于納米晶軟磁材料的比表面積很大，可以有效地衰減電磁輻射;又因為金屬微粒具有良好的鐵磁性，因此與電磁波的相互作用強(qiáng)，可更有效地衰減電磁輻射。環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中含有大小不均、形狀無規(guī)則的廢納米晶磁片顆粒。

　　由上述原因及電磁屏蔽的原理可知：其電磁輻射的吸收損耗很大，同時它對電磁輻射有反射損耗，所以廢納米晶磁片的加入提高了環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電磁屏蔽效率。加入整片納米晶片的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的高頻電磁屏蔽效率，隨著塑料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線�？梢姡杭尤胝�片納米晶片的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的工頻電磁屏蔽效率與高頻電磁屏蔽效率均較高，在95%以上�？芍�：這是由納米晶軟磁材料的特性決定的。不難看出：加入整片納米晶軟磁片的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電磁屏蔽效率明顯高于加入廢納米晶磁片顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的。這是因為加入廢納米晶磁片顆粒的復(fù)合材料有很多導(dǎo)電不連續(xù)點，即屏蔽體不同部分結(jié)合處形成的不導(dǎo)電縫隙，這些不導(dǎo)電的縫隙就產(chǎn)生了電磁泄漏，所以加入整片納米晶軟磁片的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電磁屏蔽效率高于加入廢納米晶磁片顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的。

　　工頻電磁屏蔽效率隨著SiC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線。高頻電磁屏蔽效率隨著SiC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化曲線。可見：加入無機(jī)材料的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的工頻電磁屏蔽效率高于其高頻電磁屏蔽效率。對比可知：加入納米晶軟磁材料的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電磁輻射屏蔽效率高于含有無機(jī)材料的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料對高頻輻射的屏蔽效率。加入廢納米晶磁片顆粒的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)曲線。可知：復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，且較為穩(wěn)定，不隨著廢納米晶磁片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而產(chǎn)生較大的變化。這就確保在不斷增加納米晶軟磁材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來提高電磁屏蔽效率時，不會引起環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的增大，從而使加入廢納米晶磁片和塑料的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在具有較高的電磁屏蔽效率的同時，還具有較好的保溫性能。

　　3 結(jié)語

　　環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有較高的電磁屏蔽效率，隨著廢納米晶磁片的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合材料的工頻電磁屏蔽效率明顯增大，尤其是整片納米晶磁片加入后，其工頻和高頻電磁屏蔽效率可達(dá)90%以 上;由于其導(dǎo)熱系數(shù)較小，不隨其它成分的改變而大幅度變化，復(fù)合材料具有較好的保溫性能。另外，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的原料是廢納米晶磁片、廢玻璃、廢塑料和SiC粉末等，因此具有節(jié)能減排和廢物回用效果，是一種具有應(yīng)用價值的環(huán)保材料。

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