電 磁 屏 蔽 玻 璃 性 能 分 析

周琳琳

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院有限公司 秦皇島 066004）

0 引言

隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，電器和電子設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在日常生活中也大量使用各種各樣的電器與電子設(shè)備，如：電視、電腦和手機(jī)等娛樂設(shè)備，電磁爐、微波爐等廚房設(shè)備。電器與電子設(shè)備的使用都會產(chǎn)生電磁輻射，電磁輻射會造成信號干擾、信息泄露，甚至?xí){到人類的身心健康。電磁輻射污染已被世界公認(rèn)為繼水質(zhì)污染、大氣污染、噪聲污染之后的第四大污染，因此電磁屏蔽產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。電磁屏蔽產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于通信、IT、電力、醫(yī)療、銀行、證券、政府、航天、航海、汽車、軍隊等民用和國防領(lǐng)域，其主要用于解決電子系統(tǒng)與電子設(shè)備間的電磁干擾，防止電磁信息泄漏和電磁輻射污染，有效保障儀器設(shè)備正常工作，保障機(jī)密信息的安全和工作人員的身體健康。

1 電磁屏蔽技術(shù)原理

屏蔽原理就是使兩個空間區(qū)域之間電磁絕緣，消除電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。當(dāng)一個設(shè)備向外釋放電磁波時，采用屏蔽體將整個系統(tǒng)的干擾源包裹起來，防止干擾電磁波向外擴(kuò)散；當(dāng)需要屏蔽電磁波的是接收體時，需要用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。屏蔽體的屏蔽效能可用代表干擾場強(qiáng)通過屏蔽體所受到的衰減值SE來表示。屏蔽衰減值可按照以下測量方法來計算：

或：

式中：E1——無屏蔽材料情況下的模擬電場強(qiáng)度；

E2——有屏蔽材料情況下的模擬電場強(qiáng)度；

H1——無屏蔽材料情況下的模擬磁場強(qiáng)度；

H2——有屏蔽材料情況下的模擬磁場強(qiáng)度。

從式（1）中可以看出，屏蔽衰減值越大，屏蔽效果越好。

2 電磁屏蔽玻璃技術(shù)原理

電磁屏蔽玻璃的原理主要是電磁波到達(dá)屏蔽玻璃時產(chǎn)生反射和吸收。電磁波到達(dá)屏蔽玻璃表面時產(chǎn)生的能量反射主要是由于介質(zhì)（空氣）與金屬的波阻抗不一致引起的，二者相差越大，反射引起的損耗越大。而反射和頻率有關(guān)，頻率越低，反射越好。電磁波穿透屏蔽玻璃時的能量吸收損耗主要由渦流引起，渦流可產(chǎn)生反磁場來抵消原磁場或產(chǎn)生熱損耗，頻率越高，屏蔽體越厚，渦流損耗也越大，屏蔽性能越好。在實際情況中經(jīng)常遇到的不是完整的屏蔽，而是存在孔洞、縫隙等的不完全屏蔽。因此，考慮在夾層玻璃中夾入金屬絲網(wǎng)或者在玻璃表面鍍金屬膜層來起到屏蔽作用，彌補(bǔ)屏蔽的不完整性，提高屏蔽效能。

3 電磁屏蔽玻璃分類

按電磁屏蔽機(jī)制，電磁屏蔽材料可分為3種：反射損耗為主、吸收損耗為主、反射損耗和吸收損耗相結(jié)合。目前的電磁屏蔽玻璃產(chǎn)品大多是以反射電磁損耗為途徑來降低電磁輻射。按屏蔽材料的制備與存在形態(tài)可分為涂敷型和結(jié)構(gòu)復(fù)合型。涂敷型是在玻璃表面涂敷上一層屏蔽膜層，通過反射或吸收電磁損耗來降低透過玻璃的電磁波。結(jié)構(gòu)復(fù)合型是通過有機(jī)粘合劑將屏蔽絲網(wǎng)或者屏蔽膜粘接在兩層或多層玻璃中間，通過反射或吸收電磁損耗起到屏蔽作用。

電磁屏蔽玻璃主要有兩種：絲網(wǎng)夾芯型電磁屏蔽玻璃和鍍膜型電磁屏蔽玻璃。

3.1 絲網(wǎng)夾芯型電磁屏蔽玻璃

絲網(wǎng)夾芯型電磁屏蔽玻璃是采用涂敷型和結(jié)構(gòu)復(fù)合型相結(jié)合的產(chǎn)品，其是在雙層玻璃中間夾襯屏蔽層，目前一般是通過夾襯屏蔽絲網(wǎng)來達(dá)到屏蔽效果的。屏蔽絲網(wǎng)大多采用銅或不銹鋼材質(zhì)，一般情況下，銅材質(zhì)的電磁屏蔽絲網(wǎng)在高頻電磁波下的屏蔽效能比較好，但在低頻電磁波下效果不明顯，而且在長時間存放的情況下，銅網(wǎng)容易生銹，會影響其屏蔽性能，而采用不銹鋼材質(zhì)電磁屏蔽絲網(wǎng)的屏蔽玻璃，其電磁屏蔽效果更加顯著。 絲網(wǎng)的目數(shù)決定屏蔽玻璃的透光度和屏蔽效能，目數(shù)越高，對電磁波的反射越多，屏蔽效能越好，透光度越低。首先要根據(jù)產(chǎn)品的性能要求，確定滿足透光要求的絲網(wǎng)目數(shù)，通過對不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行涂鍍處理，采用化學(xué)鍍在絲網(wǎng)表面涂鍍化學(xué)試劑，令絲網(wǎng)表面失去光澤，降低光的反射，或者用電鍍法將金屬鎳或金屬銅等材料鍍覆到絲網(wǎng)的表面。在保證透光率的前提下，提高屏蔽絲網(wǎng)的導(dǎo)電、導(dǎo)磁性，并將金屬絲網(wǎng)的可見光反射性減弱或消除，從而提升屏蔽層的效能。

用100目屏蔽絲網(wǎng)制成的屏蔽玻璃的屏蔽性能≥40 dB，透光率在70%左右；用250目屏蔽絲網(wǎng)制成的屏蔽玻璃的屏蔽性能≥60 dB，透光率在40%左右。這種絲網(wǎng)夾芯型屏蔽玻璃能將99%以上的電磁波阻擋在室外，使透過該屏蔽玻璃所觀察的各種圖形（包括動態(tài)色彩圖像）不失真，具有高保真、高清晰的特點，并且對玻璃基體沒有特殊要求，包括有機(jī)玻璃、高鋁玻璃、高硼硅玻璃等在內(nèi)的各種玻璃都適用。該屏蔽玻璃同時還具有安全玻璃的特性，當(dāng)其破裂時，碎片會殘留在夾層內(nèi)部，玻璃只出現(xiàn)裂紋而不會四處濺出玻璃碎片，適用于各種需要的場合。由于目前生產(chǎn)的屏蔽絲網(wǎng)寬度一般為1.2 m左右，這種絲網(wǎng)夾芯型屏蔽玻璃在寬度方面有一定的局限性。某絲網(wǎng)夾芯型屏蔽玻璃的屏蔽效能見表1。

表1 某絲網(wǎng)夾芯型屏蔽玻璃的屏蔽效能

3.2 鍍膜型屏蔽玻璃

鍍膜型屏蔽玻璃通過生產(chǎn)方式可分為兩種：

（1）一種是在透明聚酯薄膜表面通過噴涂法涂鍍一層或幾層具有導(dǎo)電導(dǎo)磁性能的材料，如鋅、鋁、銅等金屬，然后將這種屏蔽膜夾在兩塊玻璃中，通過膠片膠合而成。這種屏蔽玻璃通過屏蔽膜對電磁波的反射來實現(xiàn)電磁屏蔽的作用，該屏蔽玻璃也是涂敷型和結(jié)構(gòu)復(fù)合型相結(jié)合的產(chǎn)品，其屏蔽效能見表2。

表2 鍍屏蔽膜層的屏蔽玻璃的屏蔽效能

（2）另一種鍍膜型屏蔽玻璃是在鋼化玻璃或普通玻璃表面涂鍍一層或幾層具有導(dǎo)電性能的材料（如Ag、ITO氧化銦錫等金屬或金屬氧化物），通過物理（如磁控濺射、PVD）或化學(xué)（如化學(xué)氣相沉積CVD、溶膠-凝膠等）的方法在玻璃表面生成屏蔽膜層，為涂敷型產(chǎn)品，是通過屏蔽膜的反射來實現(xiàn)電磁屏蔽的作用，而且跟絲網(wǎng)夾芯型電磁屏蔽玻璃一樣，透光率和屏蔽效能成反比，見式（2）：

式中：R——面電阻率，

r——為電阻，

d——膜層的厚度。

當(dāng)電流一定時，電阻率和電場強(qiáng)度成正比。膜層d越厚，面電阻率R越小，通過它的電場強(qiáng)度E2就越小，屏蔽衰減SE就越大，屏蔽性能越好。涂鍍的屏蔽膜層越厚，屏蔽性能越好，透光率越差；反之，涂鍍的屏蔽膜層越薄，屏蔽性能越差，透光率越好。

鍍膜玻璃普遍以鍍銀為主，分為單銀、雙銀和三銀玻璃。三銀鍍膜屏蔽玻璃的屏蔽性能在某波段最高可達(dá)35 dB，但是透光性極差。目前鍍膜玻璃大多選擇單銀，僅適用于高透光率且對屏蔽效能只有普通要求的場合，缺點是金屬層和基體之間結(jié)合不牢，膜層易脫落。

為了兼顧透光率和屏蔽性能的要求，可以將一部分的屏蔽膜層去掉，這樣就涉及到采用激光雕刻的方法。激光雕刻是以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，激光為加工媒介，將想要去除的涂鍍在玻璃表面的部分屏蔽膜層在激光雕刻照射下瞬間熔化和氣化，與材料表面沒有接觸，不受機(jī)械運(yùn)動影響，表面不會變形。通過磁控濺射在玻璃基體上鍍上一層或幾層屏蔽膜，然后根據(jù)屏蔽性能和透光度的要求計算，應(yīng)用某種固定圖形采用激光雕刻機(jī)對玻璃表面進(jìn)行加工，得到滿足要求的屏蔽玻璃。這種電磁屏蔽玻璃表面光滑，沒有刻痕。

4 發(fā)展趨勢

現(xiàn)在信息化戰(zhàn)爭愈演愈烈，對信息的保護(hù)愈來愈強(qiáng)，單靠反射電磁波已達(dá)不到保密要求，因為反射的電磁波有可能被對方抓住重要信息，這就要求玻璃有一定的吸收電磁衰減性能。

目前，正在研發(fā)一種反射與吸收損耗相結(jié)合的產(chǎn)品，是將高分子導(dǎo)電涂料與有機(jī)物結(jié)合，制作成一種粘結(jié)劑。這種高分子導(dǎo)電涂料是由高分子聚合物（如丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯和乙烯基樹脂等）、稀釋劑、添加劑以及導(dǎo)電性填料組成，把導(dǎo)電微粒如金屬粉末金、銀、銅、鎳等和非金屬粉末碳、石墨、云母片等摻入到高分子聚合物中， 并使其具有導(dǎo)電性。其導(dǎo)電機(jī)理復(fù)雜，導(dǎo)電效果與填料種類以及填料在聚合物中的分散程度有關(guān)。然后將這種導(dǎo)電有機(jī)物與玻璃基體進(jìn)行膠合，從而制備屏蔽玻璃產(chǎn)品。

還有一種電磁屏蔽玻璃是以吸收電磁波為主。吸收是指利用特定的吸收材料將電磁輻射能量吸收掉以降低其輻射強(qiáng)度，吸收材料主要是電的良導(dǎo)體和較強(qiáng)的鐵電性材料，基本上是采用納米級的鐵氧體材料涂鍍在玻璃上制成的。吸收材料將大部分或全部機(jī)密信息信號吸收掉，使他方不能完全獲得機(jī)密商業(yè)信息。

電磁屏蔽與多功能玻璃（電加溫、防彈、隔音、中空玻璃等）復(fù)合使用，也是今后玻璃的發(fā)展趨勢。

5 結(jié)語

隨著電子技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，電磁泄漏和電磁輻射的問題會更加凸顯。為了防止電磁干擾，適應(yīng)高新技術(shù)武器裝備和電子技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展要求，防電磁泄露、防泄密、防電磁輻射的問題會備受關(guān)注。在今后的發(fā)展中，電磁屏蔽玻璃必將有一個更加廣闊的應(yīng)用前景。