Page 19 - 《精细化工》2023年第1期

第 1 期 张如强，等: 高性能聚酰亚胺电磁屏蔽材料的研究进展 ·11·

指出，电磁辐射还有可能对人体的健康具有潜在的 具有广阔的应用前景 [17-19] 。
危害，可能导致癌症、头痛、抑郁、疲劳等，至今 为了确保设备的顺利运行，避免不必要的信号
电磁辐射是否对人类健康产生影响仍然有很大的争 干扰，轻质和高效的 EMI 屏蔽将是下一代电子和通
议 [5-7] 。为了减小这种不必要的电磁辐射的影响，使 信设备的关键。鉴于 EMI 屏蔽在现代电子时代的核
用有效的屏蔽材料是不可避免的。特别是，目前现 心重要性，本文对 PI 材料在 EMI 屏蔽领域的研究
代化电子设备需要轻质化、柔性化、高效化、耐高 进行了全面的回顾，以反映这一领域的现状。首先
温和优异机械性能的高性能电磁干扰（EMI）屏蔽 讨论了电磁屏蔽的关键概念及其屏蔽机理。随后总
材料，期望屏蔽材料尽可能减少占据电子设备有限 结了 PI EMI 屏蔽材料的制备方法、分类及其研究进
的空间，且不限制其常规的灵活功能 [8-10] 。 展。最后提出了 PI EMI 屏蔽材料未来的研究方向，
克服现有的技术瓶颈，研发先进的高性能 PI EMI
屏蔽材料。

1 电磁屏蔽机理

EMI 是指由于电磁波的传输而导致的对电子设
备性能造成的干扰或中断。EMI 有两种主要的干扰
类型：辐射干扰和传导干扰。在辐射干扰中，辐射
源是由设备产生，并通过空气传播远离设备传到另
一个导电网络。而传导性干扰的辐射源是来自内部
设备，通过电源或信号导体传播。由于整个配电网
络是通过电源线连接，所以传导干扰会严重影响设
备的运转。此外，EMI 也可以来自自然界，如电子
风暴、太阳和星际辐射，也可能来自人造源，如商
业无线电、雷达和电话 [20-21] 。一般来说，EMI 发生
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在 1×10 ~1×10 Hz 的电磁频率范围内，通常可以
通过在辐射源和设备之间放置屏蔽材料来防止
EMI。EMI 屏蔽材料的屏蔽效能（SE）为入射功率
与传输功率的比率。如表 1 所示，根据 SE 大小可

以对 EMI 屏蔽材料进行以下分类，EMI 屏蔽材料的
图 1 2020~2030 年中国 5G 用户规模预测（a）；2020~2030
[1]
年中国 5G 直接经济产出和间接经济产出预测（b） SE 计算如式（1）所示：
Fig. 1 5G subscriber size forecast in China from 2020 to SE = 10lg(P 0 /P t )=20lg(E 0 /E t ) = 20lg(H 0 /H t ) （1）
2030 (a) and 5G direct economic output and indirect 式中：SE 为 EMI 屏蔽材料的屏蔽效能，dB；P 0 为
economic output forecast in China from 2020 to
[1]
2030 (b) 入射到屏蔽层上的功率，W；E 0 为电场强度，V/m；
H 0 为磁场强度，A/m；P t 、E t 和 H t 分别为通过屏蔽
金属材料大多具有较高的导电性和良好的磁导 材料后电磁波的输出功率（W）、电场强度（V/m）
率，无论在电磁场还是在静电场中都具有良好的 和磁场强度（A/m）。
EMI 屏蔽效能。传统的 EMI 屏蔽材料主要采用金属和
磁性材料，如铜、铝、镍、钢、铁、铁镍合金等 [11-14] 。 表 1 屏蔽衰减层级 [21]
尽管金属具有良好的 EMI 屏蔽效能，但由于密度大、 Table 1 Shielding attenuation hierarchy [21]
易腐蚀、灵活性低等缺点并不适合应用于现代化设 SE/dB 衰减程度 用途
备 [15-16] 。为了摆脱金属 EMI 屏蔽材料的局限性，大 0 — —
量的研究工作已开始研发具有灵活性、易加工性、 <10 差 —
可扩展性、耐化学性和轻质等特性的高性能 EMI 屏 10~30 较差 —
蔽材料。相较于传统的金属类 EMI 屏蔽材料，以聚 30~60 中等 一般工业或商业电子设备
酰亚胺（PI）为代表的高性能 PI EMI 屏蔽复合材料 60~90 良好 航空航天及军用设备的屏蔽
不仅具有优异的 EMI 屏蔽性能，还具有柔性、轻质、 >90 优 高精度、高灵敏度要求的产品
耐腐蚀、易加工、低成本、力学性能优异等特点， 注：“—”为未涉及。