木质反射吸收一体化电磁屏蔽材料的制备与性能研究

发布时间：2019-09-21 13:41

【摘要】：木材是可再生的天然高分子材料。通过化学镀技术,在木材表面形成金属镀层,在保留木材优异特性的基础上赋予其金属材料所具有的良好导电及电磁屏蔽性能,极大的拓展了木材的应用范围。目前,木材化学镀技术尚存在可镀金属种类较少且屏蔽机理单一等劣势。针对上述问题,开展了木质反射吸收一体化电磁屏蔽材料制备与性能的相关研究。本研究利用木材化学镀铜技术,在杨木单板表面形成铜镀层并进一步在化学镀铜过程中加入纳米四氧化三铁颗粒形成复合镀层,制备电磁波反射层;利用化学镀铁镍合金技术,在杨木单板表面形成铁镍合金镀层,并通过多次化学镀方法制备电磁波吸收层;参考胶合板制造方法获得了具有实际应用价值的木质反射吸收一体化电磁屏蔽材料。研究结论如下:1.化学镀铜理想工艺条件:镀液浓度为CuSO_4· 5H_2O 80 g/L,C_4O_6H_4KNa40g/L,EDTA-2Na20g/L,HCHO40mL/L;pH=11.5;反应温度为60℃;反应时间40 min。首先,在此工艺条件下制备的镀铜单板表面镀层具有良好的连续导电性,是理想的反射型屏蔽材料,电磁屏蔽效能最大达到62 dB;其次,镀层为晶态结构,表面电阻率存在明显各向异性,横纹方向的表面电阻率是顺纹方向的2倍;再次,镀后单板,表面由亲水性变为疏水性。2.为了进一步提高镀铜单板电磁屏蔽效能,选用纳米四氧化三铁颗粒制备复合镀铜板。利用超声波处理防止纳米四氧化三铁颗粒团聚。结合单因素分析与响应面法优化超声工艺,确定理想超声波处理工艺参数为:纳米四氧化三铁浓度25 g/L,超声时间70 min,超声功率800 W。相比于普通化学镀铜单板,复合镀单板镀层结构更加平整致密,晶粒尺寸减小,具有更好的连续导电性,电磁屏蔽效能明显提升。同时,表面电阻率下降且各向异性现象消失,饱和磁化强度值为3.09 emu/g。3.化学镀铁镍合金单板镀层结构与性能受镀液pH值,(NH_4)_2Fe(SO_4)_2·6H_2O、NiSO_4·6H_2O浓度比例的影响。镀液Fe:Ni比例为5:1((NH_4)2Fe(SO_4)2·6H_20:NiSO_4·6H_2O=50:10 g/L),pH=9.5条件下制备的化学镀铁镍合金单板单板,具有吸收电磁波的能力,反射损耗小于-5dB的带宽为2 GHz,反射损耗小于-10dB的带宽为0.4 GHz,最小反射损耗为-11.7 dB,是一种吸收型屏蔽材料。同时,化学镀单板金属沉积量为38.8 g/m2且饱和磁化强度值与表面电阻率达到最大值分别为52.37 emu/g,517 mΩ·cm,镀层由片状金属颗粒堆砌而成。4.为了扩宽化学镀铁镍合金单板的吸波带宽,提升吸波能力。采用多次化学镀方法。前两次采用化学镀液配方为NiSO_4·6H_2O 10 g/L,(NH_4)2Fe(SO_4)2·6H_2O 50 g/L,NaH_2PO_2·H_2O 60 g/L,Na_3C_6H_5O_7·2H_2O 30 g/L,CH4N2S 0.5 g/L施镀;第三次化学镀液配方为:NiSO_4·6H_2O30 g/L,(NH_4)2Fe(SO_4)2·6H_2O 20 g/L,NaH2PO2·H_2O 60 g/L,Na_3C_6H_5O_7·2H_2O 30 g/L,CH_4N_2S 0.5 g/L施镀;制备出的化学镀铁镍合金单板反射损耗小于-5dB的带宽达到3.5 GHz,反射损耗均小于-10dB的带宽为1.6 GHz,最小反射损耗为-24.36 dB。同时,化学镀金属沉积量为100.3 g/m2,表面电阻率为26.3 mΩ·cm,饱和磁化强度为78.5emu/g,镀层结合强度为3.6MPa,表面耐磨性失重为0.295 g,5.利用正交试验优化得到的反射吸收一体化胶合板的制备工艺条件为施胶量320 g/m2、冷压时间20 min、冷压压力1.5 MPa,在此工艺条件下制备的一体化胶合板的胶合强度、静曲强度、弹性模量分别达到1.94、74.35、6912 MPa。反射吸收一体化胶合板在10 kHz-1.5 GHz频段内的电磁屏蔽效能都超过60 dB;在8-17 GHz小于-5 dB的带宽为6.05 GHz,小于-10 dB的带宽为2.01 GHz,最小反射损耗为-23.71 dB。
【图文】：

示意图,电磁波谱,电磁波

Ｆｉｇ．邋１邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑图ｉ为电磁波谱示意图，，电磁污染通常指通讯电磁波，电器污染辐射逡逑和雷达波等长波波段电磁波。即图１的左边部分（无线电波，微波）。长波逡逑电磁波实际应用频率范围在１００邋ＭＨｚ？５０邋ＧＨｚ之间。表１为我国目前通讯逡逑用微波的主要使用频段范围，也是设计电磁波屏蔽材料的必要参考。逡逑

示意图,原理,示意图,屏蔽材料

图２是电磁波在屏蔽材料表面的作用机理。首先入射电磁波在材料第逡逑１界面处的反射作用，即电磁波在屏蔽材料表面发生的反射，这是最主要逡逑的电磁波衰减作用，能大大减少电磁波对屏蔽材料另一侧的辐射伤害；另逡逑外在这个界面上还存在一定的吸收作用，这是由于屏蔽材料在电磁波催生逡逑的电磁场作用下会产生涡流，以热能的形式损失；穿透界面１的电磁波在逡逑屏蔽材料内部多次反射，产生涡流，损耗电磁波的能量。之后，剩余电磁逡逑波穿透屏蔽材料界面２后继续传播。逡逑电磁屏蔽效能（ＳＥ，邋Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ邋Ｅｆｆｅｃｔ）是评价材料电磁屏蔽效果的主要指逡逑标［１２］。电磁屏蔽效能主要取决于上述电磁屏蔽材料表面的反射损耗、吸收逡逑损耗和材料内部发生的多次反射损耗。电磁屏蔽效能ＳＥ的表达式如下（式逡逑１邋）。逡逑ＳＥ＝Ａ＋Ｂ＋Ｒ逦（１）逡逑式１中，Ａ代表吸收损耗；Ｒ代表表面反射损耗；Ｂ代表材料内部多逡逑次反射损耗，计算时需要考虑多次反射修正系数。另外当Ａ邋（吸收损耗）逡逑大于１５邋ｄＢ时，Ｂ邋（多次反射损耗）作用可以忽略不计。式１可改为：逡逑
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34;TS65

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