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《四川大学》 2004年 博士论文
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防电磁信息泄密宽频带电磁波屏蔽集成复合材料研究

管登高  
【摘要】:本论文针对防电磁信息泄密屏蔽材料的特殊要求,以材料学和电磁学理论为指导,以微米镍粉、不锈钢纤维、纳米镍粉、铁基纳米晶磁粉、铁基非晶磁粉等材料为原料,系统性地研究了填料组分、粒度、形貌和涂层结构等对单层宽频磁场波和宽频平面电磁波屏蔽复合材料屏蔽效能的影响,利用材料和结构的集成设计技术,分别建立了宽频磁场波屏蔽和宽频平面电磁波屏蔽复合材料结构设计的数学物理模型,进行了14KHz~1MHz多层宽频磁场波屏蔽复合材料和1MHz~1GHz宽频平面电磁波屏蔽复合材料及结构的集成设计,研究开发出一类新型防电磁信息泄密宽频带电磁波屏蔽集成复合材料,实现了在宽频范围内对商用信息安全保密室的电磁波屏蔽作用。并探讨了纳米材料、非晶材料、纤维材料等新材料与宽频电磁波的交互作用的宏观和微观机制。 本文的研究结果对宽频带电磁波屏蔽材料的设计提供了新的思路,在新材料、新技术在电磁波屏蔽材料中的应用研究等方面具有重要的意义。本文研究的防电磁信息泄密屏蔽涂料具有低成本、高性能和施工使用方便的特点,在商用信息安全保密室的建设和普及,提高电磁信息泄密的防护水平等方面具有重要的工程应用价值。本研究达到了预期的研究目标,取得了以下具有一定理论价值和工程价值的创新性研究成果: 1. 首次建立了“高导电层+填充层+过渡层+填充层+高导磁层”的多层宽频磁场波屏蔽集成复合材料的数学物理模型;根据所建立的数学物理模型,进行了多层宽频磁场波屏蔽复合材料及结构的集成设计、制备和屏蔽性能研究,结 WP=6 果表明:集成设计的多层复合材料,能够显著地提高涂层材料的磁场波屏蔽效能,实现对宽频磁场波的屏蔽作用;在多层复合结构中,增大高导磁层的厚度能够显著地提高涂层材料的磁场波屏蔽效能。 2. 首次建立了“阻抗匹配层+填充层+过渡层+填充层+高反射层+填充层+高吸收层”的多层宽频平面电磁波屏蔽集成复合材料的的数学物理模型;根据所建立的数学物理模型,进行了多层宽频平面电磁波屏蔽复合材料及结构的集成设计、制备和屏蔽性能研究,结果表明:集成设计的1MHz~1GHz多层宽频电磁波屏蔽复合材料,能够显著地提高涂层材料的宽频平面电磁波的屏蔽效能,在多层复合结构中,提高中间导电涂层的导电性,能够显著提高材料在高频段的电磁波屏蔽效能。 3. 在宽频电磁波范围内,系统性地研究了纳米材料、非晶材料、纤维材料等新材料的成分、粒度、形貌对磁场波屏蔽效能的影响,研究结果表明:在提高材料电磁波屏蔽效能方面,铁基纳米晶磁粉的磁场波屏蔽效能最好,铁基非晶磁粉其次,不锈钢纤维次之,微米镍粉最差;片状微米镍粉比球形微米镍粉;纳米镍粉比微米镍粉好;在平面电磁波高频段,随着频率增加,材料的电磁波屏蔽效能都有不同程度地下降,铁基纳米晶磁粉/环氧树脂电磁波屏蔽复合材料的电磁波屏蔽效能降幅最大,不锈钢纤维与镍粉复合的材料的电磁波屏蔽效能降幅最小。 4.分析了纳米材料、非晶材料、纤维材料等新材料与宽频电磁波的交互作用机制,结果表明:纳米粒子的磁各向异性和形状各向异性在颗粒内部构成了一个有效各向异性场,磁矩绕这个等效场阻尼进动,在电磁波的频率和阻尼进动频率一致时,将产生共振损耗;纳米粒子的介电特性,产生电极化效应,对电磁波能量产生介电损耗。在磁化过程中,非晶磁性材料要克服与磁化方向有关的磁晶各向异性能的作用,需要消耗电磁波能量,非晶磁性材料对磁畴壁运动的阻碍作用很小,材料磁导率高,在电磁波作用下,材料的磁损耗效应增大。不锈钢纤维材料独特的形状各向异性特征和导电导磁效应导致了材料对电磁波能量损耗作用。


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