太赫兹技术的快速发展对高性能电磁干扰屏蔽材料提出了迫切需求,以创建安全的电磁环境。
传统屏蔽材料虽已实现卓越屏蔽效率,但高反射率、不可性及回收性差等问题使其在应用中存在局限性,且易引发二次电磁污染。
为解决上述问题,爱尔兰都柏林圣三一学院的Ji Liu教授和Valeria Nicolosi教授团队,采用生物矿化启发的组装策略,合成了结合MXene和聚丙烯酸的水凝胶型屏蔽材料。
此复合水凝胶展现出优异的可拉伸性、可回收性、良好的形状适应性和粘合性,以及快速自修复能力,极大提升了应用灵活性和可靠性。
水凝胶的多孔结构、适度电导率和内部富水环境相结合,使其屏蔽性能以吸收为主,即使在极薄(0.13 mm)的情况下,仍能实现45.3 dB的高电磁干扰屏蔽效率(SE)和有效吸收带宽(0.2–2.0 THz),同时表现出23.2 dB的反射损失。
此外,这种水凝胶还具备敏感的变形响应,可作为皮肤上的传感器。
这项工作不仅为设计下一代电磁干扰屏蔽材料提供了新策略,也开创了在宏观尺度上高效便捷地制造MXene复合材料的方法,相关研究成果发表在《ACS Nano》杂志上。
制备过程:MXene复合水凝胶通过生物矿化启发的组装路径合成,首先化学蚀刻Ti3AlC2粉末的Al层,超声辅助剥离合成Ti3C2Tx MXene纳米片。
通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察其超薄、几何特征。
X射线衍射(XRD)图证实了Ti3C2Tx纳米片的成功剥离。
接下来,将Ti3C2Tx MXene悬浮液与PAA和CaCl2混合,形成稳定混合物。
添加Na2CO3溶液形成粘性沉淀,获得MXene复合水凝胶。
功能特性:MXene复合水凝胶高度可拉伸、可延展,拥有优异的加工性能,可作为挤出印刷油墨形成复杂形状。
具备柔软、粘着和可延展特性,能保形地粘附于复杂3D几何形状物体,变形过程中保持完好无损,优于传统电磁干扰屏蔽材料。
电磁屏蔽效应:研究电性能,电导率随MXene含量增加略有提升,保持在低范围内。
太赫兹时域光谱显示屏蔽性能,电性能与屏蔽机制结合,明确吸收主导的太赫兹电磁屏蔽效果,性能优于目前报道的太赫兹屏蔽和吸收材料。
可穿戴电子皮肤:MXene复合水凝胶具备变形响应,可用作感知人体运动和监测生命信号的传感器。
封装于弹性体VHB胶带上的传感器,响应于手指弯曲、手臂弯曲、吞咽和皱眉等运动,显示了在可穿戴电子产品和人造皮肤中的应用潜力。
总结:MXene复合水凝胶是一种多功能材料,具有广泛的应用前景,为设计下一代太赫兹电磁干扰屏蔽材料提供新策略。
这项研究不仅推动了MXene材料在宏观尺度上的开发,还拓展了MXene材料的应用范围,对高分子材料学领域具有重要价值。
如何保证屏蔽房的接地系统的可靠性?
要确保屏蔽房的接地系统可靠性,关键在于合理规划接地网络、选择质量接地材料、确保接地电阻达标、采用良好焊接与连接方式、定期检测与维护、避免干扰源、专业施工以及考虑环境因素。
合理规划接地网络需综合考虑屏蔽房规模、设备布局与电磁屏蔽需求。
优质接地材料如铜材,因其低电阻与良好导电性,能有效传导电流。
接地电阻应符合标准,通过精确测量确保其值足够小,以提供良好接地效果。
焊接与连接需牢固可靠,减少接触电阻。
定期检测与维护,检查接地线路状态,及时修复或更换有问题部件,确保系统状态良好。
避免与其他可能干扰线路交叉或靠近,防止相互影响。
专业施工由具备专业知识与经验的人员执行,遵循相关规范与标准。
考虑地理环境与土壤条件,对电阻率高的地区采取特殊接地处理措施,如使用降阻剂。
磁场屏障电磁场
在导电介质中,电磁场(E和H)的振幅随着距离的增加以指数方式衰减。
这种衰减反映了电磁波在介质中传播时的能量损耗,表现为场量振幅的减小。
导体表面的场量强度最高,深入内部时,场量逐渐减小,这一现象被称为趋肤效应。
利用趋肤效应,人们能够制造出电磁屏蔽装置,它能阻止高频电磁波穿透良好的导体,具有比静电和静磁屏蔽更广泛的适用性。
电磁屏蔽是一种重要的技术手段,旨在抑制干扰,提升设备的可靠性和产品质量。
通过恰当的使用,可以防止外来高频电磁波的侵扰,同时避免自身成为干扰源。
例如,在收音机中,空心铝壳罩能防止线圈受到外界时变场的干扰,减少杂音。
音频馈线使用屏蔽线也是出于同样的目的,而示波管则通过铁皮包裹来隔绝杂散电磁场对电子射线扫描的影响。
趋肤厚度(d),即电磁波从导体表面衰减到其表面值的1/e(约36.8%)处的厚度,对于不同材料有着具体值。如铜导体(σ=5.8×10/m, μ≈μ=4π×10H/m)在100 MHz频率下,d=0.mm。良导体的电磁屏蔽效果显著,不同材料如铁和铝的d值也有所不同。
为了实现有效的屏蔽,屏蔽层的厚度应接近电磁波在屏蔽物质内的波长。
例如,在500kHz频率下,铜和铝的厚度要求分别为0.094mm和0.12mm。
随着频率的提升,如电视频率,所需屏蔽层会更薄。
在高频场合,铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大,因此通常不选用高磁导率的磁屏蔽,而倾向于选择高电导率的材料,如铜或铝,进行电磁屏蔽,也被称为涡流屏蔽。
在工频(50Hz)下,铜和铝的厚度较大,不适合高频应用。
而在低频情况下,电磁屏蔽退化为静磁屏蔽,主要关注材料的电导率。
尽管电磁屏蔽和静电屏蔽都使用高电导率金属,但静电屏蔽还需接地,而电磁屏蔽则不必,但为同时消除静电耦合,通常仍推荐接地。
理论上磁场不能象电场那样被屏蔽 磁场的屏蔽问题,是一个既具有实际意义又具有理论意义的问题。
根据条件的不同,电磁场的屏蔽可分为静电屏蔽、静磁屏蔽和电磁屏蔽三种情况,这三种情况既具有质的区别,又具有内在的联系,不能混淆。