CN112437599A - 一种电磁屏蔽结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电磁屏蔽结构，该电磁屏蔽结构包括导电布层和多层交叠结构层，所述多层交叠结构层的上表面叠置在所述导电布层的下表面上；所述多层交叠结构层包括若干吸收材料层和若干电阻型周期结构层；所述吸收材料层与所述电阻型周期结构层交叠在一起；所述多层交叠结构层的上表面和下表面均为电阻型周期结构层，且多层交叠结构层内的若干电阻型周期结构层自上而下方阻逐渐减小。本发明提供的电磁屏蔽结构对8～40GHz的电磁波屏蔽效果达到50dB以上，即正面入射的电磁波仅十万分之一能穿透；另外，所述电磁屏蔽结构具有良好的电磁波吸收效果，应用于电磁屏蔽服时对斜入射穿透的电磁波同样具有吸收衰减效果。

Description

一种电磁屏蔽结构
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽技术领域，尤其是一种电磁屏蔽结构。
背景技术
随着当前科学技术的快速发展，电磁辐射对于人体健康所产生的影响也被人们更多的认识和关注，国家标准中也明确的指出了电磁辐射可能会诱发人体产生癌症、心血管疾病等。对于长期暴露在强电磁辐射环境中的工作岗位，研制高效的电磁屏蔽结构迫在眉睫。
目前市场上的电磁屏蔽结构多数只采用单一的混纺导电布制得，虽然导电性能良好，但力学和柔韧性能不足，且会存在不导电缝隙，对高频电磁波屏蔽效果不佳；当应用于电磁屏蔽服时，斜入射的电磁波将更容易通过缝隙等部位进入屏蔽服内部，并在人体与纯导电的屏蔽服间产生振荡，使电磁波完全被人体吸收，从而对人体造成更严重的危害；另外通常为保证良好的导电性和电磁屏蔽性能，镀层一般较厚(市面上的电磁屏蔽结构镀层一般为几十微米甚至上百微米厚)，非常容易脱落，不仅对布料的力学性能有较大的影响，人体穿着舒适性也较差。
发明内容
本发明提供一种电磁屏蔽结构，用于克服现有技术中的缺陷，实现电磁屏蔽结构具有服装的柔软性，且屏蔽效果好，同时具有吸收电磁波的性能。
为实现上述目的，本发明提出一种电磁屏蔽结构，所述电磁屏蔽结构包括叠置的导电布层和多层交叠结构层，所述多层交叠结构层的上表面固定连接在所述导电布层的下表面上；
所述多层交叠结构层包括若干吸收材料层和若干电阻型周期结构层，吸收材料层与电阻型周期结构层交替层叠在一起；所述多层交叠结构层的上表面和下表面均为电阻型周期结构层，且多层交叠结构层内的若干电阻型周期结构层自上而下方阻逐渐减小。
优选地，所述导电布层为双层结构，包括金属纤维混纺基布和导电镀层；所述导电镀层为金属镍或铜的镀层，所述镀层厚度为纳米级；所述导电布层的厚度为0.5～1.5mm，方阻为0.01～0.1Ω/□。
优选地，所述吸收材料层为含碳粉的泡沫层，所述含碳粉的泡沫层主要由碳浆与聚氨酯发泡而成；所述吸收材料层的厚度为2～10mm，方阻为500～3000Ω/□。
优选地，所述电磁屏蔽结构中吸收材料层的层数在5层以下。
优选地，所述电阻型周期结构层为三种方阻不同的周期性容性频率选择表面中的一种；所述周期性容性频率选择表面由轻质基布和导电碳浆通过丝网印刷方式制得。
优选地，三种方阻不同的周期性容性频率选择表面分别为：
方阻为500～1000Ω/□的周期性容性频率选择表面；
方阻为200～300Ω/□的周期性容性频率选择表面；
方阻为50～300Ω/□的周期性容性频率选择表面。
优选地，所述周期性容性频率选择表面由若干几何图形有序排列而成；所述几何图形为表面涂覆了导电碳浆的轻质基布；所述导电碳浆主要包括树脂和碳粉，所述碳粉含量为20～50％，树脂含量为30～50％。
优选地，所述多层交叠结构层的上表面的若干几何图形为边长为5～10mm的正方形，任一两个所述几何图形间的间隙为5～10mm，分布在轻质基布边缘的几何图形与轻质基布边缘的间距为2～5mm；下表面的若干几何图形为边长为15～25mm的正方形，任一两个所述几何图形间的间隙为1～4mm，分布在轻质基布边缘的几何图形与轻质基布边缘的间距为1～2mm。
优选地，所述多层交叠结构层的上表面电阻型周期结构层方阻为500～1000Ω/□，中间层电阻型周期结构层方阻为200～300Ω/□，下表面电阻型周期结构层方阻为50～300Ω/□。
优选地，所述电磁屏蔽结构的总厚度为5～20mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
本发明提供的柔性电磁屏蔽结构的表层的导电布用于反射屏蔽正面入射和部分斜入射的低频(1GHz以下)电磁波；里层的多层交叠结构层包含多层交替层叠在一起的吸收材料层和电阻型周期结构层，且该多层交叠结构层的上表面和下表面均为电阻型周期结构层，在该多层交叠结构层内的电阻型周期结构层的方阻是自上而下逐渐减少的；电阻型周期结构层的方阻大，电磁波易穿透进入该电阻型周期结构层内而被吸收；电阻型周期结构层的方阻小，电磁波易被该电阻型周期结构层反射屏蔽；因此本发明的多层交叠结构层设计使穿透表层导电布的电磁波能够被里层多层交叠结构层的上表面吸收进入所述多层交叠结构层内，从而避免所述透表层导电布的电磁波直接与人体接触；进入所述多层交叠结构层内的电磁波先被上表面电阻型周期结构层吸收，而透过该电阻型周期结构层的电磁波会被下一层吸收材料层吸收，而透过该层吸收材料层的电磁波透会被下一层电阻型周期结构层反射和吸收，而透过该层电阻型周期结构层的电磁波又会被下一层吸收材料层吸收，而此处被反射的部分电磁波又会被上一层吸收材料层吸收，而透过该层吸收材料层的电磁波又会被上表面电阻型周期结构层吸收和反射；因此，电磁波在本发明的多层交叠结构层内会逐渐被吸收；本发明提供的电磁屏蔽结构8～40GHz的电磁波屏蔽效果达到50dB以上，即正面入射的电磁波仅十万分之一能穿透，而对于其他方向入射的电磁波本发明提供的结构也能起到很好的屏蔽效果，从而有效减少电磁波对人体的损害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的电磁屏蔽结构的正面结构示意图；
图2a为本发明提供的电阻型周期结构层的上表面示意图；
图2b为本发明提供的电阻型周期结构层的下表面示意图；
图3a为本发明实施例1中多层交叠结构层对1～18GHz频率电磁波的吸收效能曲线；
图3b为本发明实施例1中多层交叠结构层对26.5～40GHz频率电磁波的吸收效能曲线；
图4a为本发明实施例1中电磁屏蔽结构对8～18GHz电磁波的屏蔽效能曲线；
图4b为本发明实施例1中电磁屏蔽结构对18～40GHz电磁波的屏蔽效能曲线；
附图标号说明：1导电布层；11金属纤维混纺基布；12导电镀层；2吸收材料层；3电阻型周期结构层；31周期性容性频率选择表面；311几何图形。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
本发明提出一种电磁屏蔽结构，如图1所示，所述电磁屏蔽结构包括叠置的导电布层和多层交叠结构层，所述多层交叠结构层的上表面固定连接在所述导电布层的下表面上；
所述多层交叠结构层包括若干吸收材料层和若干电阻型周期结构层，吸收材料层与电阻型周期结构层交替层叠在一起；所述多层交叠结构层的上表面和下表面均为电阻型周期结构层，且多层交叠结构层内的若干电阻型周期结构层自上而下方阻逐渐减小。
多层交叠即一层吸收材料层、一层电阻型周期结构层、一层吸收材料层、一层电阻型周期结构层等这样交替叠置。
本发明的电磁屏蔽结构通过多层的结构设计，使得该电磁屏蔽结构可同时通过反射与吸收机制对电磁波进行屏蔽，具有非常高效的电磁屏蔽性能，应用于电磁屏蔽服后，不仅能屏蔽正面入射和斜入射的电磁波，对通过缝隙渗透的电磁波也具有吸收损耗效果，有效减少人体对渗入的电磁波吸收。
优选地，所述导电布层为双层结构，包括金属纤维混纺基布和导电镀层，所述导电镀层为金属镍或铜的镀层，所述镀层厚度为纳米级，以防止镀层较厚而导致镀层易脱落；所述导电布层的厚度为0.5～1.5mm，方阻为0.01～0.1Ω/□。表层导电布用于屏蔽正面入射和部分斜入射的电磁波，降低电磁波与人体直接接触的能量。此外，以金属纤维混纺为基布增加了结构的柔软性。
优选地，所述吸收材料层为含碳粉的泡沫层，所述含碳粉的泡沫层主要由碳浆与聚氨酯发泡而成；所述吸收材料层的厚度为2～10mm，优选3～5mm，方阻为500～3000Ω/□。吸收材料层用于提高整体电磁屏蔽效能，并能够吸收、衰减与人体接触的电磁波能量。
吸收材料层除了碳浆与聚氨酯外，还包括、二甲苯、丁酯和发泡助剂，碳粉、聚氨酯、二甲苯、丁酯和发泡助剂的质量比为(10～30):(40～60):(10～30):(10～30):(1～5)。
优选地，所述电磁屏蔽结构中吸收材料层的层数在5层以下，控制吸收材料层的层数是为了防止吸收材料层太多而导致容易最终结构柔软性差。
优选地，所述电阻型周期结构层为三种方阻不同的周期性容性频率选择表面中的一种；所述周期性容性频率选择表面由轻质基布和导电碳浆通过丝网印刷方式制得。
优选地，三种方阻不同的周期性容性频率选择表面包括：
方阻为500～1000Ω/□的周期性容性频率选择表面；
方阻为200～300Ω/□的周期性容性频率选择表面；
方阻为50～300Ω/□的周期性容性频率选择表面。
电阻型周期结构层的不同层设置了不同的方阻，以增强对不同频率电磁波的屏蔽。
优选地，所述周期性容性频率选择表面由若干几何图形有序排列而成，如图2a和2b所示；所述几何图形为表面涂覆了导电碳浆的轻质基布；所述导电碳浆主要包括树脂和碳粉，所述碳粉含量为20～50％，树脂含量为30～50％；所述树脂为聚胺酯。轻质基布利于减少最终结构的重量和增加最终结构的柔软性；导电碳浆中的碳用来反射电磁波，树脂用来将碳粉涂覆在轻质基布表面。所述导电碳浆制备过程中除了加入树脂和碳粉外，还加入了溶剂(如二甲苯、丁酯)和发泡助剂。所述几何图形可以为正方形、长方形、圆形等任一形状。
优选地，所述多层交叠结构层的上表面(图2a)的若干几何图形为边长a为5～10mm的正方形，任一两个所述几何图形间的间隙b为5～10mm，分布在轻质基布边缘的几何图形与轻质基布边缘的间距c为2～5mm；下表面(图2b)的若干几何图形为边长d为15～25mm的正方形，任一两个所述几何图形间的间隙e为1～4mm，分布在轻质基布边缘的几何图形与轻质基布边缘的间距f为1～2mm。通过几何图形面积的设计来控制周期性容性频率选择表面的方阻大小。
优选地，所述多层交叠结构层的上表面电阻型周期结构层方阻为500～1000Ω/□，中间层电阻型周期结构层方阻为200～300Ω/□，下表面电阻型周期结构层方阻为50～300Ω/□，通过刮涂特定厚度的导电性能不同的导电炭浆来实现。如此设计是为了提高对高频电磁波的吸收屏蔽性能。
优选地，所述电磁屏蔽结构的总厚度为5～20mm，控制电磁屏蔽结构的厚度以减轻结构重量，增加其舒适度。
实施例1
本实施例提供一种电磁屏蔽结构，如图1所示，包括表层导电布层1和里层多层交叠结构层，所述多层交叠结构层的上表面叠置在所述导电布层1的下表面上；
所述多层交叠结构层包括两层吸收材料层2和三层电阻型周期结构层3；所述吸收材料层2与所述电阻型周期结构层3交叠在一起；所述多层交叠结构层的上表面和下表面均为电阻型周期结构层3，分别为高阻抗表面和低阻抗表面。
导电布层1的厚度为1mm左右，方阻为0.02Ω/□。所述导电布层1包括金属纤维混纺基布11和导电镀层12。
吸收材料层2是按质量比25:45:12:15:3将碳粉、聚氨酯、二甲苯、丁酯和发泡助剂进行混合，在模具中进行发泡，得到含碳粉的泡沫，将泡沫切割为4mm厚的切片，即为吸收材料层2。
电阻型周期结构层的制备：
(1)根据电磁仿真结果设计几何图形的形状，并确定多层交叠结构层的上、下表面电阻型周期结构层的方阻；
(2)配制导电碳浆A和B：
A：将60克碳粉、200克聚氨酯、100克二甲苯、50克丁酯进行搅拌均匀制成；
B：将100克碳粉、150克聚氨酯、100克二甲苯、50克丁酯进行搅拌均匀制成；
(3)高阻抗几何图形(位于多层交叠结构层上表面的电阻型周期结构层，采用高阻抗几何图形，边长a为5～10mm的正方形，几何图形间的间隙b为5～10mm，几何图形与轻质基布边缘的间距c为2～5mm)，采用导电碳浆A刮涂5次，每刮涂一次在烘箱中60℃下烘干；
低阻抗几何图形(位于多层交叠结构层下表面的电阻型周期结构层，采用低阻抗，边长d为15～25mm的正方形，几何图形间的间隙e为1～4mm，几何图形与轻质基布边缘的间距f为1～2mm)采用导电碳浆B刮涂12次，每刮涂一次在烘箱中60℃下烘干；
最终形成的高阻抗几何图形方阻为500Ω/□、低阻抗几何图形方阻为100Ω/□和250Ω/□，表面阻抗均匀性在10％以下。
所述的电磁屏蔽结构中包括2层吸收材料层2和3层电阻型周期结构层3，单层吸收材料层厚度为5mm，多层交叠结构层的上表面(一层电阻型周期结构层)为高阻抗表面，方阻为500Ω/□，多层交叠结构层的下表面(一层电阻型周期结构层)和叠置在两层吸收材料层中间的电阻型周期结构层均为低阻抗表面，方阻分别为100Ω/□和250Ω/□。
图3a和图3b为本发明实施例中多层交叠结构层对电磁波吸收效能曲线，从图3a和图3b可以看出，多层交叠结构层对1～8GHz的电磁波的平均吸收衰减效能达到10dB以上，该多层交叠结构层对1～8GHz电磁波的吸收效果好。
图4a和图4b为本发明实施例中电磁屏蔽结构对8～40GHz的电磁波的屏蔽效能曲线，从图4a和图4b可以看出，电磁屏蔽结构对8～40GHz的电磁波屏蔽效果达到50dB以上，即正面入射的电磁波仅十万分之一能穿透，说明本发明提供的电磁屏蔽结构对高频电磁波吸收效果好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁屏蔽结构，其特征在于，所述电磁屏蔽结构包括叠置的导电布层和多层交叠结构层，所述多层交叠结构层的上表面固定连接在所述导电布层的下表面上；
所述多层交叠结构层包括若干吸收材料层和若干电阻型周期结构层，吸收材料层与电阻型周期结构层交替层叠在一起；所述多层交叠结构层的上表面和下表面均为电阻型周期结构层，且多层交叠结构层内的若干电阻型周期结构层自上而下方阻逐渐减小。
2.如权利要求1所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述导电布层为双层结构，包括金属纤维混纺基布和导电镀层；所述导电镀层为金属镍或铜的镀层，所述镀层厚度为纳米级；所述导电布层的厚度为0.5～1.5mm，方阻为0.01～0.1Ω/□。
3.如权利要求1所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述吸收材料层为含碳粉的泡沫层，所述含碳粉的泡沫层主要由碳浆与聚氨酯发泡而成；所述吸收材料层的厚度为2～10mm，方阻为500～3000Ω/□。
4.如权利要求1或3所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述电磁屏蔽结构中吸收材料层的层数在5层以下。
5.如权利要求1所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述电阻型周期结构层为三种方阻不同的周期性容性频率选择表面中的一种；所述周期性容性频率选择表面由轻质基布和导电碳浆通过丝网印刷方式制得。
6.如权利要求5所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，三种方阻不同的周期性容性频率选择表面分别为：
方阻为500～1000Ω/□的周期性容性频率选择表面；
方阻为200～300Ω/□的周期性容性频率选择表面；
方阻为50～300Ω/□的周期性容性频率选择表面。
7.如权利要求5或6所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述周期性容性频率选择表面由若干几何图形有序排列而成；所述几何图形为表面涂覆了导电碳浆的轻质基布；所述导电碳浆主要包括树脂和碳粉，所述碳粉含量为20～50％，树脂含量为30～50％。
8.如权利要求1所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述多层交叠结构层的上表面的若干几何图形为边长为5～10mm的正方形，任一两个所述几何图形间的间隙为5～10mm，分布在轻质基布边缘的几何图形与轻质基布边缘的间距为2～5mm；下表面的若干几何图形为边长为15～25mm的正方形，任一两个所述几何图形间的间隙为1～4mm，分布在轻质基布边缘的几何图形与轻质基布边缘的间距为1～2mm。
9.如权利要求1或8所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述多层交叠结构层的上表面电阻型周期结构层方阻为500～1000Ω/□，中间层电阻型周期结构层方阻为200～300Ω/□，下表面电阻型周期结构层方阻为50～300Ω/□。
10.如权利要求1所述的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述电磁屏蔽结构的总厚度为5～20mm。
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