Promieniowanie elektromagnetyczne stało się wszechobecne dzięki ostatnim postępom w dziedzinie podręcznych, przenośnych gadżetów elektronicznych i wysoce zintegrowanych obwodów mikrofalowych.
Zakłócenia powstałe w wyniku niepożądanego promieniowania elektromagnetycznego mogą spowodować niedopuszczalne pogorszenie wydajności systemu lub sprzętu, wyciek informacji, a nawet całkowitą awarię systemu. Szkodliwy wpływ promieniowania elektromagnetycznego związanego z nowymi technologiami, takimi jak Internet rzeczy (IoT), 5G itp., na organizmy żywe.
Naukowcy wykazali, że narażenie na promieniowanie elektromagnetyczne powoduje u ludzi bezsenność, nerwowość, ospałość i problemy skórne. Badany jest również wpływ promieniowania o wysokiej częstotliwości na jednostki biologiczne, procesy biologiczne i rośliny.
Co więcej, ekranowanie w zakresie wysokich częstotliwości stało się ostatnio krytyczne ze względu na wykorzystanie pasm częstotliwości GHz w najnowocześniejszych technologiach. Na przykład technologia 5G wykorzystuje kilka częstotliwości nośnych w sieci K, Ka-pasma częstotliwości, które nie były inaczej wykorzystywane w technologiach telekomunikacji bezprzewodowej poprzedniej generacji.
Co więcej, przyszłe wymagania motywują także naukowców do pracy nad najnowszymi koncepcjami technologii ekranowania EMI, takimi jak rozwój elastycznych cienkich ekranów do stosowania w inteligentne tkaniny. Podobnie technologie nowej generacji wymagają materiałów ekranujących o zaawansowanych funkcjach przestrajania i selektywności częstotliwościowej.
Rysunek 1. Ekranowanie EMI w urządzeniach elektronicznych
W takim scenariuszu badacze na całym świecie podejmują znaczne wysiłki w celu opracowania wysokowydajnych materiałów ekranujących o zaawansowanych funkcjach i możliwościach ekranowania w zakresie częstotliwości GHz, aby złagodzić zanieczyszczenie elektromagnetyczne.
Niektóre gałęzie przemysłu elektrycznego ustanowiły nawet standardy kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) dla swoich produktów, co wskazuje, że urządzenie pracujące zgodnie z przepisami EMC nie wpływa na siebie ani na inne urządzenie ze względu na promieniowanie elektromagnetyczne.
Proces ekranowania polega na utworzeniu obudowy ze specjalnie zaprojektowanych materiałów wokół urządzeń elektronicznych, aby chronić je przed niepożądanym promieniowaniem.
Obudowy te tłumią przychodzące promieniowanie poprzez odbicie, absorpcję i wielokrotne odbicia. Tłumienie promieniowania elektromagnetycznego przez ekran jest w dużym stopniu zależne od jego właściwości wewnętrznych i zewnętrznych, takich jak impedancja wewnętrzna, grubość ekranu, przenikalność elektryczna, przewodność elektryczna itp.
Te wewnętrzne i zewnętrzne właściwości można zoptymalizować, wybierając odpowiednie materiały ekranujące o określonej grubości, dodając je innymi materiałami i mądrze projektując ich architekturę.
Różne materiały, takie jak metale, polimery, kompozyty polimerowo-węglowe, ceramiczne kompozyty polimerowe, pianki itp., zostały wykorzystane do opracowania licznych ekranów przeciwzakłóceniowych (EMI) odpowiadających wymaganiom różnych zastosowań.
Tradycyjnie metale były używane jako materiały ekranujące w celu tłumienia zanieczyszczeń elektromagnetycznych. Metale mają wysoką zdolność ekranowania i dobrą wytrzymałość mechaniczną; jednakże ich zastosowanie w nowych technologiach jest ograniczone ze względu na ich dużą gęstość, słabą elastyczność mechaniczną, korozyjność i wysokie koszty przetwarzania.
Postać 2. Rodzaje ekranowania EMI materiały
Aby przezwyciężyć takie ograniczenia, zastosowano zaawansowane materiały ekranujące oparte na opracowano kompozyty węglowe, polimerowe i ceramiczne. Przewodność elektryczna jest ważnym czynnikiem wpływającym na właściwości ekranujące tych materiałów. Materiały muszą posiadać wysoką przewodność elektryczną, aby wykazywały większą absorpcję, a tym samym zapewniały duże wartości skuteczności ekranowania.
Wykorzystanie zawartości węgla, takiej jak nanorurki węglowe (CNT), nanowłókna węglowe, grafen itp., jako wypełniacz w osnowie polimerowej, dzięki wyższej przewodności elektrycznej znacznie poprawia jej właściwości ekranujące.
Do powszechnie stosowanych polimerów do wytwarzania kompozytu polimerowo-węglowego zalicza się polianilinę (PANI), polidimetylosiloksan (PDMS), etylen i akryl, siloksan itp., a wypełniacz przewodzący stosowany do ich produkcji obejmuje zredukowany tlenek grafenu (RGO), nanorurki węglowe, nanocząstki węgla itp.
Materiały polimerowe z wbudowanym wypełniaczem przewodzącym są czasami nazywane polimerami samoistnie przewodzącymi (ICP) i kompozytami na bazie polimerów przewodzących (CPC).
Inną kategorią materiałów ekranujących są materiały na bazie pianki. Zaletą stosowania materiałów na bazie pianki jest ich duża elastyczność i lekka konstrukcja; mają jednak niewielką wytrzymałość mechaniczną.
Puste mikrobalony węglowe (HCM), puste kule z polipirolu (HPS), cenosfery pokryte miedzią (Cu@CS) itp. to kilka przykładów pianek syntetycznych które są wykorzystywane do wytwarzania elastycznych i lekkich materiałów ekranujących. Badania wykazały, że dodanie do pianki materiałów na bazie węgla, takich jak nanowłókno węglowe, nanorurki węglowe itp., znacząco poprawia jej właściwości ekranujące.
Ostatnio, niektóre kompozyty ferrytowo-polimerowe zostały również opracowane przez różnych badaczy i wykazano, że dobrze sprawdzają się w obudowach ekranujących. Materiały takie jak heksaferryt i ferryt spinelowy Stwierdzono również, że są skuteczne w ekranowaniu promieniowania elektromagnetycznego ze względu na ich wyższą zdolność absorpcji.
W ciągu ostatnich kilku lat konstrukcje warstwowe stały się popularne także w technologii ekranowania. Te struktury warstwowe wykazują ekranowanie selektywne pod względem częstotliwości co jest wymagane w zastosowaniach nowej generacji.
W strukturze warstwowej promieniowanie elektromagnetyczne o określonej częstotliwości ulega wielokrotnym odbiciom, w zależności od wymiarów struktur, a co za tym idzie, powoduje znaczną absorpcję tej częstotliwości. Ze względu na intensywną absorpcję określonej częstotliwości, osłony te wykazują ekranowanie selektywne pod względem częstotliwości.
Aby zwiększyć wchłanianie, materiały na bazie węgla takie jak grafen, są wykorzystywane jako centralna warstwa struktury wielowarstwowej; podczas gdy warstwy zewnętrzne składają się zwykle z powierzchni odbijających, aby umożliwić wielokrotne odbicia w konstrukcji.
Najnowsze badania wykazały, że kilka z nich materiały ceramiczne wykazują także selektywne pod względem częstotliwości i przestrajalne właściwości ekranowania, nawet bez konieczności stosowania struktury wielowarstwowej i kosztownych materiałów, takich jak grafen.
Wraz z pojawieniem się Internetu rzeczy ludzie muszą także nosić przy sobie wiele gadżetów elektronicznych, które są regularnym źródłem promieniowania elektromagnetycznego.
Aby zapewnić ochronę przed tym promieniowaniem, należy również zaprojektować lekkie i cienkie tkaniny z możliwością ekranowania EMI. W przemyśle elektronicznym i tekstylnym prowadzono wiele badań nad produkcją takich tkanin.
Proces wytwarzania tych tkanin obejmuje powlekanie nici zwykłych tkanin, takich jak politereftalan etylenu (PET), roztworem materiału ekranującego. Po powlekaniu nici te wykorzystywane są do produkcji ubrań posiadających właściwości ekranujące. Na przykład włókna z politereftalanu etylenu (PET) pokryte materiałami przewodzącymi, takimi jak roztwór miedzi, wykazują dobre właściwości ekranujące.
Podsumowując, zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) to autentyczny problem, który nie tylko wpływa na normalne działanie sprzętu elektronicznego, ale jest także szkodliwy dla jednostek biologicznych.
Do tłumienia starego promieniowania elektromagnetycznego wymagane są ekrany zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) wykonane z odpowiednich materiałów, takich jak metale, kompozyty polimerowo-węglowe, ferryty, pianka itp. Wybór materiału ekranującego opiera się na wymaganiach aplikacji.
Na przykład zastosowania wymagające dużej wytrzymałości mechanicznej i ekranowania z dominującym odbiciem mogą wykorzystywać metale jako osłony, podczas gdy zastosowania wymagające elastycznej struktury mogą wykorzystywać materiały na bazie pianki.
Ponadto w przypadku przyszłych technologii wymagane są materiały ekranujące o zaawansowanych właściwościach selektywności częstotliwości, przestrajania i możliwości ekranowania w pasmach wysokich częstotliwości. Wytwarzanie lekkich i cienkich tkanin o dobrych właściwościach ekranujących jest również pożądane w przypadku przyszłych technologii, takich jak elastyczna i nadająca się do noszenia elektronika.
ODBLOKUJ MOC
Twojego Pomysły
Podnieś swoją wiedzę patentową
Ekskluzywne spostrzeżenia czekają na Ciebie w naszym biuletynie
Poproś o oddzwonienie!
Dziękujemy za zainteresowanie konsultantami TT. Wypełnij formularz, a my wkrótce się z Tobą skontaktujemy
Poproś o oddzwonienie!
Dziękujemy za zainteresowanie konsultantami TT. Wypełnij formularz, a my wkrótce się z Tobą skontaktujemy
