一文读懂电子设备不可或缺的电磁屏蔽材料及最新进展

  随着科技的进步，5G高频通信慢慢的开始全面铺开，手机、笔电、智能网联汽车等电子通讯设备慢慢的变多，不断朝着小型化、多功能化、高功率化发展，同时基站、变电所、各类电磁加热设备等也对生产生活逐渐重要，这些设备设施向外发射的

  没有一款电子科技类产品不需要仔细考虑EMC（电磁兼容）问题，电磁屏蔽正是解决EMC的一种有效解决手段，因此电磁屏蔽材料的研究开发与应用慢慢的被关注。

  严格意义而言，电磁屏蔽材料是一个广义概念，解决EMC问题的材料包含了两种，电磁屏蔽材料和吸波材料。电磁屏蔽材料会把电磁波反射出去或者部分耗散，吸波材料能够将电磁波吸收以其他能量耗散（如热能）。

  电磁屏蔽材料的核心就是导电性。早期采用金属外壳，通过材料接地和密闭空腔的形式，将电磁波反射，也有以电或者涡流形式损耗的。但金属密度大、加工难、易腐蚀，想要达到较高的屏蔽效能（SE达到60dB以上）所需的成本往往较高。经过不断探索发展，出现了大量导电塑料、导电橡胶硅胶、导电泡棉、填充型复合材料、电磁屏蔽膜等材料。用这些材料制造成的屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或总系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散或被外界干扰。

  在众多电磁屏蔽材料中，最引人注目的非碳系材料莫属。碳系材料有优良的导电性，其主要形式包含：(1)通过晶格掺杂引入其他原子来代替石墨中的碳原子；(2)把碳材料与磁性材料或导电高聚物等进行复合，提高电磁屏蔽性能。(3)通过熔融混纺、浸润或涂覆等方式，负载到织物上，以制备电磁屏蔽织物，如碳纤维织物具有优良的导电性，接近金属，但目前国内在碳纤维方面的研究还是大多分布在在其复合材料的力学性能上，在电磁屏蔽领域的研究相对不多。

  吸波材料由于在军事上有“隐身”作用而有重要国防意义曾一度不为人所知。不同于屏蔽体简单把两个磁场之间进行信号的阻隔，吸波材料的应用目的不一样。在应用时，吸波材料不但要有宽频带波段内有高吸收率，还要求轻量化、耐温、抗腐蚀，其吸波效果主要由电介质内部的电磁机制决定，如电子扩散、微涡流、共振吸收、共振弛豫、德拜弛豫等。

  吸波材料众多，如铁氧体、多晶铁纤维、金属微粉、纳米吸波材料、泡沫吸波材料、等离子体等，其中最为人熟知莫过于以铁氧体为基材，结合石墨烯的膜复合材料，对柔性电路和智能穿戴设备起到了重要的推动作用。吸波材料近年来逐渐下放到民用端，逐渐开始在消费电子设备腔体内部使用，不但具有优良的屏蔽效能，而且减少低频间的耦合传导辐射干扰、减少低频回波干扰，还有不错的散热性，且应用有逐渐扩大之势。

  前面说到了众多屏蔽与吸收的材料，但所有材料中最前沿也最具有应用前景的莫过于MXene材料。MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料（transition metal carbide/nitride）,其化学通式为Mn+1AXn, 其中(n = 1–3)，M代表前过渡金属，如Sc、Ti、Zr、V等；A通常代表第三主族和第四主族化学元素；X代表C或N元素，与Graphene有类似的片层结构。

  由于有优良的电磁屏蔽特性，加上轻质、性能可调控、导热性等性能，近年来关于MXene的研究呈现爆发式增长。虽然MXene是极其热门的二维材料，但许多稳定性、相容性、缺陷控制仍需解决，在将来很长一段时间都将处于研究热门，但相信MXene在不久的将来会被实现应用。

  北京化工大学张好斌教授团队《3D打印轻质超弹性导电MXene/RGO构件用于宽频电磁屏蔽》

  MXene/RGO构件的(a)密度和电导率、(b-g)电磁屏蔽性能、(h)屏蔽机理及(i)定制化屏蔽制件的应用。

  我国的电磁屏蔽市场早前长期被美国、英国、日本、德国等国外先进制造商主导，但随技术成熟和市场规模的扩大，制造商不断向国内转移，并开放专利，国内企业也不断投入研发，出现了一大批优秀的电磁屏蔽材料企业，国外企业主要有美国莱尔德、美国3M、德国固美丽、德国汉高、瑞典Nolato等，国内企业主要有飞荣达、鸿富诚、北京中石伟业、安洁科技、隆扬电子、合力泰等。

  随着高频通信、智能穿戴设备、新能源汽车全面铺开，全球各大厂商竞争几近白热化，电磁屏蔽材料产业也迎来了新一轮的革命，挑战与机遇并存！产业未来的走向究竟如何？快来“2023 高分子电磁功能复合材料及应用论坛”，现场参与多位学术大咖和业内资深人士关于电磁屏蔽产业宏观政策及发展的新趋势解读主题报告！

  3. 高性能特种聚合物优化基站天线. 先进碳材料在电磁屏蔽材料的应用与进展（石墨烯、碳纳米管、介孔碳、碳纳米纤维）；

  柔性电路（包括但不限于）：1.新型高性能、多功能、智能可穿戴聚合物基电磁功能复材（如二维层状材料Mxene、气凝胶等）；