摘 要：介绍了电磁屏蔽的重要性和电磁屏蔽的原理，论述了近年来电磁屏蔽涂料的研究现状，并对电磁屏蔽涂料的开发应用进行了阐述，最后展望了电磁屏蔽涂料的发展趋势。

关键词：电磁屏蔽；电磁屏蔽涂料；研究现状；发展趋势

   随着信息技术的飞速发展，计算机网络、信息处理设备、电子通信设备及各种电器设备作为信息技术的载体已在各个行业广泛应用，特别是电子元件小型化、高度集成化以及电子仪器仪表轻量化、高速化和数字化；电磁信号，由于其易受外界电磁干扰而出现动作失误，从而带来严重后果，因此必须采取各种有效防护措施，才能保障其不受干扰和瘫痪。从电磁信号泄露失密方面而言，无论军事机密或是商业机密，通过电磁波的泄露，都会给相关单位造成极大的损失，为此必须采取相应的屏蔽措施，防止电磁信号泄露和被侦测，以防失密；从预防电磁波污染来讲，现在对各种电磁污染危害的防护已引起环保部门和有关方面的高度重视，屏蔽电磁污染使其限定在一定区域，已成为环保领域最为活跃的研究课题之一。

1 电磁屏蔽原理

   电磁屏蔽主要是用来防止高频电磁场的影响，从而有效地控制电磁波从某一区域向另一区域进行辐射传播。其基本原理是：采用低电阻的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面的反射和在导体内部的吸收以及传输过程的损耗而产生屏蔽作用；通常用屏蔽效果 (SE) 表示。屏蔽效果 (SE) 为没有屏蔽时入射或发射电磁波与在同一地点经屏蔽后反射或透射电磁波的比值，即为屏蔽材料对电磁信号的衰减值，其单位用分贝 (dB) 表示，可写成如下的方程式 :

SE=20 log( E b / E a ) (1)

SE=20 log( H b / H a ) (2)

SE=10 log( P b / P a ) (3)

式中， E b 、 E a 为屏蔽前、后的电场强度， H b 、 H a 。为屏蔽前、后的磁场强度， P b 、 P a 。为屏蔽前、后的能量场强度。

衰减值越大，表明屏蔽效果越好。根据 Schelkunoff 电磁屏蔽理论，材料的屏蔽效果可用下式表示：

SE=R+A+B (4)

R ——电磁波到达屏蔽体表面时，由波阻抗的突变引起的电磁波单次反射损耗；

A ——未被屏蔽体表面反射而进入屏蔽材料内部的电磁波，不断被屏蔽材料吸收和衰减而引起的电磁波吸收损耗；

B ——在屏蔽材料内部尚未损耗掉的电磁波在屏蔽体的两个界面间多次反射而引起的电磁波多次反射损耗修正项。

当 A>10dB 时， B 可忽略不计。式 (4) 可表示为：

SE=R+A (5)

式中， R=168 — 10 log( μ rf/ α r) (6)

A=1.31 t(f α r μ r)1/2 (7)

式中，μ r 为屏蔽材料的相对磁导率，α r 为屏蔽材料的相对电导率， f 为电磁波频率 (Hz) ， t 为屏蔽材料厚度 (cm) 。

  由式 (6) 、 (7) 可知，对于银、铜、铝等良导体，α r 大，则只值大，即在高频电磁场的屏蔽作用主要取决于表面反射损耗，且金属的α r 越大，屏蔽效果越好；而对于铁和铁镍合金等高磁导率材料，μ r 大则 A 值大，这表明当屏蔽材料衰减的是低频电磁场时，吸收损耗将起主要作用。因此，凡作低频屏蔽的导电层必须具有良好的电导率和磁导率，并且要有足够的厚度。

    通常，屏蔽效果的具体分类为： 0 ～ 10dB 几乎没有屏蔽作用； 10 ～ 30dB 有较小的屏蔽作用； 30 ～ 60dB 为中等屏蔽效果，可用于一般工业或商业用电子设备； 60 ～ 90dB 屏蔽效果较好，可用于航空航天及军用仪器设备的屏蔽； 90dB 以上的屏蔽材料则具有最佳屏蔽效果，适用于要求苛刻的高精度、高敏感度产品。根据实用需要，对于大多数电子产品的屏蔽材料，在 30 ～ 1 000MHz 频率范围内，其 SE 至少要达到 35dB 以上 ( 相对应的体积电阻率在 102 Ω· cm 以下 ) ，就认为是有效的屏蔽。

2 电磁屏蔽涂料的研究现状

    电磁屏蔽涂料是一种在化学溶剂中掺人导电颗粒，并能喷涂于 ABS 等工程塑料、玻璃钢、木材、水泥墙面等非金属材料上，对电磁波进行屏蔽的功能性涂料。具有室温固化、附着力强的优点，是手机，显示器、打印机及各类仪表的非金属壳体进行电磁屏蔽最为简便的一种处理方式。

    电磁屏蔽涂料由合成树脂、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。涂覆方法主要采用喷涂、刷涂、浸涂和辊涂等。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，使用最多的是银系导电涂料，也是开发最早的品种之一。

    目前常用的电磁屏蔽涂料主要是以复合法制得的，它由树脂、稀释剂、添加剂以及导电性填料等所组成。树脂具有粘接性，常用的有环氧树脂、聚氨酯、酚醛、聚酰亚胺、丙烯酸等树脂。使用时可根据其固化条件，耐温、耐磨、硬度、挠曲等要求加以选择，也可将各类树脂混合使用以获得综合性能。稀释剂和添加剂用以降低树脂的粘度，浸润填充物，常用的有甲基溶纤剂、松木油、乙二醇丁醚醋酸酯等，烯释剂一般不采用溶剂型的，以避免发生气泡而降低导电性和粘接性。添加剂用来改进导电胶的性能，如分散剂能使导电填料充分分散，补强剂能增大附着力等。

    现有的电磁屏蔽涂料以导电涂料为主，导电涂料中加入的导电性填料一般是金、银、铜、镍等金属粉末和炭黑、石墨等非金属粉末。金粉的导电性最高，化学稳定性好，但价格昂贵，以致使用受到限制。银粉的导电性也很优良，价格较金粉为低，虽然配胶后易沉淀，有“迁移”现象，但还是较为普遍采用。铜、镍的性能与银相近，价格比银低得多，但易氧化，导电性不稳定，配胶的耐久性差。炭黑、石墨粉末作为导电填料，其分散性好，价格低廉，但导电性较差，用作电磁屏蔽是较为理想的材料。电磁屏蔽涂料用填料如表 1 所示。
 
3 电磁屏蔽涂料的开发应用

    美国军方早在 20 世纪 60 年代就将银系导电涂料用作电磁屏蔽材料。银系涂料性能稳定，屏蔽效果极佳 ( 可达 65dB 以上 ) ，但由于其成本太高，只能适合于某些特定的场合；镍系涂料价格适中，屏蔽效果好，抗氧化能力比铜强，因而成为当前欧美等国电磁屏蔽用涂料的主流。其涂层厚度为 50 ～ 70 μ m 时体积电阻率为 10 -3 Ω· cm ，屏蔽效果可达 30 ～ 60dB(500 ～ 1000Hz) 。例如 TBA 公司开发的 ECP502X 和 ECP503 ， AchesonColloids 公司的 Elecotrody440S 以及 BEE 化学公司的 IsolesR65 等均为镍系涂料，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。如日本昭和电工公司的铜／丙烯酸树脂 ( 牌号为 Copalexl00) 由于对铜进行了特殊处理，导电性能比较稳定，其用量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。铜系涂料的其它产品如 TBA 公司的 ECP510 ， AchesonColloids 公司的 Elecotmdy437 ， BEE 化学公司的 IsolexR73 以及化成工业公司的 ES3000 等。

    对于石墨和炭黑等碳素系导电涂料，需要用高电导性和高结构性的炭黑作填料才能使其体积电阻降至 10 Ω· cm 以下，最低可达 10 -2 Ω· cm 左右。由于碳系涂料的导电性相对较差，用作电磁屏蔽材料的效果比其他金属填料要差一些。但碳系涂料具有耐环境性好，密度小，价格低等优点。

    复合型导电涂料的导电机理比较复杂，其导电性受导电填料的种类、大小、形状、含量、成膜树脂的种类以及固化条件的影响。当前，对金属系电磁屏蔽导电涂料的研究关键在于如何更好地解决铜粉和镍粉的抗氧化性和涂料在储存过程中的金属填料的沉降问题。另外，该领域的一个潜在的重要趋势就是水性涂料的开发，在这方面已经出现了许多性能优异的以金属镍作为填料的配方，因为这种金属在很大的 pH 值范围内都具有优良的防腐性能。

    目前，电磁屏蔽涂料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。国外先进发达国家，特别是美国、英国、日本等国已经形成生产各种类别和系列规格的屏蔽涂料产业。对于屏蔽涂料的研究发展，日本始终走在世界的前列。其中，海尔兹化学株式会社就是日本有名的企业，该会社生产的波鲁斯系列屏蔽涂料在世界各国都享有极高的声誉。 80 年代末，美国生产屏蔽涂料的公司己超过 25 家，年销售额以每年 50 ％的增长率增长。在西方，屏蔽材料特别是电磁屏蔽涂料的消耗量也是快速增加，特别是在计算机等行业。

    我国对于电磁屏蔽涂料方面的研究 80 年代末才开始起步，目前国内一些单位在这方面已取得了一定的研究成果，如四川大学研究出的系列电磁屏蔽涂料，已通过鉴定并得到应用；北京市印刷技术研究所也研制出了性能稳定的铜系导电涂料，具有良好的电磁屏蔽效果。但是，我国在电磁屏蔽涂料领域中的研发仍较为落后，研究大于 1GHz 以上的微波隐身材料的单位较多，而开展频率在 10kHz ～ 1GHz 范围的电磁波屏蔽涂料的研究刚刚起步，研究单位少，研究的品种单一，电磁屏蔽性能低，未形成产品的系列化和产业化，因而国产电子设备及产品在防护电磁波辐射标准上大大落后于发达国家产品，也是难以跻身于进口名牌产品行列的重要因素之一。

4 电磁屏蔽涂料的发展趋势

    由于目前研制的电磁屏蔽涂料大多只能在某一频带范围内起作用，并且还存在面密度高、柔韧性差、附着力低等问题，限制了屏蔽涂料的推广应用。此外，提高吸波涂层的维修性与耐腐蚀性，增加可维护性和使用寿命也是未来吸波涂层发展中需要解决的问题。迅猛发展的信息社会对电磁屏蔽涂料的性能提出了更高的要求。因此，研究高性能、宽频带的电磁屏蔽涂料以展宽有效频带、实现多频谱屏蔽，这是电磁屏蔽涂料未来发展的一个主要方向。屏蔽涂料要有更佳的导电性，更宽的屏蔽带宽，更好的电磁兼容性；同时，低厚度、高附着力、优异的耐候性、低密度、低成本、无公害等特性也是新型电磁屏蔽涂料的发展方向。