隨著電子技術的發展，電磁干擾的防護和電磁輻射的抑制已成為一個迫切需要解決的問題。但現有電磁禁止材料，如導電橡膠、電磁禁止塗料等，成本高、套用範圍受限較大。水泥在建築材料中成本低、套用最為廣泛。電磁禁止性能的新型水泥，以增加水泥的套用價值，防止建築物內部電子信息的外泄，減少外部電磁輻射源對建築物內的環境污染，保障電子信息的安全和人員的身體健康。
基本介紹
- 中文名：電磁禁止水泥
- 外文名：Electromagnetic shielding cement
- 屬性：一種電磁禁止材料
- 材料：天然石膏粉，矽酸鹽水泥熟料
- 結果：成水硬性膠凝材料
- 特性：其禁止效能量隨厚度的增加而增加
- 功能：電磁禁止
簡介,必要性,禁止機理,分類,金屬-水泥基複合禁止材料,碳系-水泥基複合禁止材料,纖維-水泥基複合禁止材料,展望,
簡介
電磁禁止水泥是一種電磁禁止材料，尤其是涉及一種電磁禁止水泥。其所採用的技術方案是：先將60%-90%的矽酸鹽水泥熟料和3%-5%的天然石膏粉磨成水硬性膠凝材料，然後加入3%-30%的導電碳黑或導電碳纖維，進行混合攪拌，最後製成電磁禁止水泥。厚度為0.3cm的電磁禁止水泥，禁止效能最低為18.1dB，衰減量最低87.6%，其禁止效能和衰減量隨厚度的增加而增加。
必要性
隨著電子、電器與無線通訊設備的普及，其發射的大量電磁波使人們生活在電磁污染籠罩的環境中，電磁輻射已成為人類的第五大污染源，嚴重危害人們的健康和生存環境。同時各類電磁波的干擾容易導致非運動軍事目標的通信中斷和功能紊亂，而且電磁波的傳播還容易導致商業及政治機密的泄漏。因此，一些經濟已開發國家和國際組織已經頒布了控制電磁波干擾的法規。如美國聯邦通訊委員會的FCC 法規、德國電氣技術協會的 VDE 法規、國際無線電抗干擾特別委員會 CISPR 的國際標準等；1998 年我國開始推行抑制電磁波干擾的電磁兼容標準，並從 2000 年起強制執行。
目前研究的電磁禁止材料主要用在電子與電訊工業中，通過塗覆在電子設備和建築物的表層，構成電磁禁止層，實現禁止目的。這就要求該塗料的密度小、塗層要薄；但在使用一段時間後塗層易剝落，且施工麻煩，成本增加。而針對民用建築物的防電磁輻射和軍用固定目標及軍事設施的防電磁干擾與信息泄密等問題，採用結構型的電磁禁止水泥將能克服上述缺陷。
禁止機理
所謂電磁輻射就是能量以電磁波的形式從發射源發射到空間，而電磁禁止則是阻止電磁輻射傳遞的一種方法，它是通過一定手段阻止電磁波從一個界面傳遞到另一個界面。電磁禁止按照其禁止機理主要分為三種類型：電禁止、磁禁止和電磁禁止。電禁止的主要機理是用禁止體來減小干擾源和感受器之間的分布電容，從而削弱干擾源對感受器的影響；磁禁止的機理是利用高磁導率材料的磁分路作用，減小禁止體內部空間的磁場；電磁禁止則是限制電磁波從禁止材料的一側空間向另一空間傳遞。
根據 Schelkunoff 的電磁禁止理論，電磁禁止效果可用下式表示：
Chung 認為禁止的首要機制是反射，其次是吸收，最後是多重反射。電磁波的反射需要運動電荷載體（自由電子或空穴），這要求禁止體具有一定的導電性，但電導率不是禁止的判斷標準。禁止對導電通路不作要求，但良好的導電通路能夠增強禁止效能。反射損耗是材料相對電導率和相對磁導率比值的函式，它隨著電磁波頻率的增加而降低。電磁波的吸收是電偶極子和磁偶極子的綜合作用，電偶極子來自高介電常數材料，磁偶極子來自高磁導率材料。吸收損耗是材料相對電導率和相對磁導率乘積的函式，它隨著電磁波頻率的增加而增加，也隨著材料厚度的增加而增加。多重反射要求材料具有大的表面積和接觸面積，當反射面或接觸面大於趨膚深度時，多重反射損耗可以忽略。
分類
金屬-水泥基複合禁止材料
金屬的電導率高，是最早使用的禁止介質，主要品種有銀粉、銅粉和鎳粉。Chung 等研究了直徑為 0.79 mm、長度為3.18 cm 的回形針填充水泥複合材料的電磁禁止效能，當回形針的加入量為 5%（體積分數）時，其禁止性能可以達到與直徑為0.6 mm 不鏽鋼網的效果。由於水泥材料的強鹼環境決定使用的金屬必須具有耐腐蝕性，而且它的填充量要達水泥質量分數的30%以上才能獲得較好的禁止效果，但填充量過大將導致水泥基材料的力學性能下降，影響實際套用。
碳系-水泥基複合禁止材料
碳系材料導電性能優良、成本低廉，且在水泥基體中性能穩定性、分散性好，是一種較好的禁止介質。目前用於水泥基禁止的碳系材料主要有：石墨、焦炭和炭黑。
纖維-水泥基複合禁止材料
纖維具有較大的長徑比，容易在水泥基體中形成導電網路，因而得到廣泛的套用。目前用於水泥基禁止的纖維有：碳纖維和金屬纖維。
展望
水泥基複合禁止材料具有一定的禁止功能，還是一種結構材料，實現功能結構一體化，使整個工程形成一個統一的防護體，在軍事和民用領域展現出良好的套用前景。雖然有關這方面的研究已取得一些成績，但離實際套用還存在一定的差距。
水泥基電磁禁止材料的禁止機理還沒有形成定論，禁止效能與電導率、磁導率之間的關聯尚需進一步研究，通過電導率、磁導率與禁止效能之間的關係來建立相應的數學模型。
高性能複合禁止介質研究的主要方向是最佳化和複合，其中核殼結構和納米材料是結構最佳化的主要方向，化學鍍覆是性能最佳化的主要方向，重點應把高磁導率材料和高電導率材料製成核殼或分層共混後加入到水泥材料中。如以纖維禁止介質為主體，再與納米材料、有機導電材料等進行複合，研究材料之間的配合比、複合技術等對複合禁止介質性能的影響。
在水泥中加入禁止介質將影響到力學性能，因此在研究其禁止效能的同時，還應研究其力學性能，重點研究纖維禁止介質、納米禁止介質對水泥基複合材料力學性能增強的機理，擬保證具有實際套用價值。禁止介質的分散工藝是影響到電磁禁止效能的重要因素，不同種類的禁止介質其分散工藝是不同的。對於纖維與納米禁止介質，主要採用超音波分散工藝，著重研究分散劑的種類、分散時間等元素對禁止介質分散效果的影響。
