13、基于碳纳米材料的电磁干扰屏蔽性能分析

基于碳纳米材料的电磁干扰屏蔽性能分析

1. 引言

随着商业、军事和科学领域的电子设备与通信仪器日益增多，射频电磁干扰（EMI）屏蔽成为当今社会备受关注的问题。EMI 会影响集成电路（IC）的输入和输出信号，进而干扰其正常运行。因此，设计能够保护或减少电磁干扰的聚合物外壳，对于确保模拟混合信号/射频（AMS/RF）IC 的正常运行至关重要。

传统上，大多数金属是 EMI 屏蔽的常用材料，但它们存在重量大、成本高、体积大等缺点。相比之下，基于聚合物的复合材料因其轻质、低成本、高强度和易加工等优点，在电子设备外壳中得到了广泛应用。然而，大多数聚合物材料对电磁辐射是透明的，无法提供有效的 EMI 屏蔽。为了解决这个问题，研究人员开发了一种含有碳纳米材料作为导电填料的聚合物基复合材料，这种材料在保证 EMI 屏蔽效果的同时，还具有轻质的优点。

2. 电磁干扰屏蔽机制

电磁干扰屏蔽主要有三种机制：反射、吸收和多重反射。
- 反射 ：材料作为屏蔽层时，必须有可移动的电荷载流子与辐射的电磁场相互作用。大多数金属由于其内部的自由电子，通常会产生反射现象。对于 IC 设计而言，由于金属的重量和体积问题，其使用受到限制。
- 吸收 ：屏蔽层需要具有电偶极子和/或磁偶极子，这些偶极子与辐射的电磁场相互作用。电偶极子可以由高介电常数的材料提供，而磁偶极子则存在于高磁导率的材料中。吸收损耗是相对电导率 $\sigma_r$ 和相对磁导率 $\mu_r$ 乘积的函数，而反射损耗是 $\sigma_r/\mu_r$ 比值的函数。
- 多重反射 ：