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解析废纳米晶磁片植入环氧树脂复合材料的电磁屏蔽作用论文

时间:2018-09-03 材料毕业论文 我要投稿

  前言

  随着当代工业社会的发展,电磁辐射引起的电磁污染已成为继大气污染、水污染、噪音污染后的第四大污染。电磁波引起的电磁干扰(EMI)不仅会干扰电气设备,也会对人体健康带来严重的威胁,如何解决上述问题成为当务之急。传统的电磁屏蔽材料着重强衰减,而新型材料则大多采用复合技术,突出低成本、无污染、质量轻、频带宽和性能好等特点,能适应不同场合和环境的应用需求。自1960年美国Duwez教授发明了用快淬工艺制备非晶态合金之后,非晶纳米晶软磁材料的制造和应用凸显优异的节能和环保效益。本课题组对纳米晶软磁材料的性能研究已经做了一些相关工作。笔者将废纳米晶磁片加入环氧树脂复合材料中,研究其对复合材料的电磁屏蔽效率和导热系数的影响,并探究一种节能环保的新型电磁屏蔽材料。

  1 实验材料及方法

  采用废纳米晶磁片、干燥后粉碎的树叶、废塑料粉末、废玻璃粉末以及质量分数为97%以上的SiC粉末等原料,用环氧树脂及其固化剂粘结后,在特制模具中压制成直径为50mm、厚度为8mm的复合材料,经72h固化处理,进行电磁屏蔽效率及导热系数的测定。

  使用QX-5电磁辐射测试仪测试电磁屏蔽效率η;使用WNK-100导热系数测定仪,在设定温度为55℃条件下测量导热系数λ。废纳米晶磁片中各成分的质量分数分别为硼1%~3%,硅0.5% ~1.0%,镍1% ~3%,钐0.05%~0.10%,其余为铁。

  2 结果与讨论

  加入废纳米晶磁片的环氧树脂复合材料的表面结构。复合材料组织中分布着废纳米晶磁片颗粒,组织中存在孔隙。

  工频(50Hz)电磁屏蔽效率随着废纳米晶磁片的质量分数的变化曲线?杉核孀欧夏擅拙Т牌闹柿糠质黾又40%,复合材料的工频电磁屏蔽效率得到提高。

  高频(3MHz~30MHz)电磁屏蔽效率随着废纳米晶磁片的质量分数的变化曲线?杉核孀欧夏擅拙Т牌闹柿糠质黾,电磁屏蔽效率得到提高。废纳米晶磁片对高频辐射的屏蔽效率略高于工频辐射的屏蔽效率。

  纳米晶软磁材料属于磁介质型吸波材料,其吸波机制与铁氧体的类似,它具有较大的磁损耗正切角,依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效共振等磁化机制衰减和吸收电磁波。纳米晶材料含有铁磁性的金属超细微粒,具有复数磁导率和复数介电常数,与微波频率电磁波有强烈相互作用,因此具有大量吸收电磁波能量的条件。从金属超细微粒的散射衰减来看,当外来电磁波作用到某一微粒时,一部分微波能量透过微粒,一部分被微粒散射,另一部分被微粒损耗掉。当微波经过多个微粒作用后,衰减作用也增大。磁性超细微粒由于存在磁各向异性、形状各向异性,微粒内部必然存在一个等效各向异性场,磁矩绕这个等效场存在阻尼作用,如果有一交变场作用在此磁矩上,当进动频率和交变频率相同时,将发生共振,从而导致对电磁波的强行吸收。这也是磁性金属超细微粒吸收电磁波能量的一种方式。综上所述:由于纳米晶软磁材料的比表面积很大,可以有效地衰减电磁辐射;又因为金属微粒具有良好的铁磁性,因此与电磁波的相互作用强,可更有效地衰减电磁辐射;费跏髦春喜牧现泻写笮〔痪、形状无规则的废纳米晶磁片颗粒。

  由上述原因及电磁屏蔽的原理可知:其电磁辐射的吸收损耗很大,同时它对电磁辐射有反射损耗,所以废纳米晶磁片的加入提高了环氧树脂复合材料的电磁屏蔽效率。加入整片纳米晶片的环氧树脂复合材料的高频电磁屏蔽效率,随着塑料的质量分数的变化曲线?杉杭尤胝擅拙幕费跏髦春喜牧系墓て档绱牌帘涡视敫咂档绱牌帘涡示细,在95%以上?芍赫馐怯赡擅拙泶挪牧系奶匦跃龆ǖ。不难看出:加入整片纳米晶软磁片的环氧树脂复合材料的电磁屏蔽效率明显高于加入废纳米晶磁片颗粒的环氧树脂复合材料的。这是因为加入废纳米晶磁片颗粒的复合材料有很多导电不连续点,即屏蔽体不同部分结合处形成的不导电缝隙,这些不导电的缝隙就产生了电磁泄漏,所以加入整片纳米晶软磁片的环氧树脂复合材料的电磁屏蔽效率高于加入废纳米晶磁片颗粒的环氧树脂复合材料的。

  工频电磁屏蔽效率随着SiC的质量分数的变化曲线。高频电磁屏蔽效率随着SiC的质量分数的变化曲线?杉杭尤胛藁牧系幕费跏髦春喜牧系墓て档绱牌帘涡矢哂谄涓咂档绱牌帘涡。对比可知:加入纳米晶软磁材料的环氧树脂复合材料的电磁辐射屏蔽效率高于含有无机材料的环氧树脂复合材料对高频辐射的屏蔽效率。加入废纳米晶磁片颗粒的环氧树脂复合材料的导热系数曲线?芍焊春喜牧系牡既认凳闲,且较为稳定,不随着废纳米晶磁片的质量分数增加而产生较大的变化。这就确保在不断增加纳米晶软磁材料的质量分数来提高电磁屏蔽效率时,不会引起环氧树脂复合材料导热系数的增大,从而使加入废纳米晶磁片和塑料的环氧树脂复合材料在具有较高的电磁屏蔽效率的同时,还具有较好的保温性能。

  3 结语

  环氧树脂复合材料具有较高的电磁屏蔽效率,随着废纳米晶磁片的质量分数增加,复合材料的工频电磁屏蔽效率明显增大,尤其是整片纳米晶磁片加入后,其工频和高频电磁屏蔽效率可达90%以 上;由于其导热系数较小,不随其它成分的改变而大幅度变化,复合材料具有较好的保温性能。另外,环氧树脂复合材料的原料是废纳米晶磁片、废玻璃、废塑料和SiC粉末等,因此具有节能减排和废物回用效果,是一种具有应用价值的环保材料。

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