Sähkömagneettisesta säteilystä on tullut kaikkialla käsissä pidettävien kannettavien elektronisten laitteiden ja erittäin integroitujen mikroaaltouunipiireissä tapahtuneiden viimeaikaisten edistysten myötä.
Näiden ei-toivottujen sähkömagneettisten säteilyjen aiheuttamat häiriöt voivat aiheuttaa järjestelmän tai laitteiston suorituskyvyn heikkenemistä, jota ei voida hyväksyä, tietovuotoja ja jopa täydellisen järjestelmävian. Kehittyvillä teknologioilla, kuten Internet-of- things (IoT), 5G jne., liittyvän sähkömagneettisen säteilyn haitalliset vaikutukset eläviin organismeihin.
Tiedemiehet ovat osoittaneet, että altistuminen sähkömagneettiselle säteilylle aiheuttaa ihmisillä unettomuutta, hermostuneisuutta, väsymystä ja iho-ongelmia. Myös suurtaajuisen säteilyn vaikutusta biologisiin kokonaisuuksiin, biologisiin prosesseihin ja kasveihin tutkitaan.
Lisäksi korkean taajuusalueen suojauksesta on tullut viime aikoina kriittistä, koska GHz-taajuuskaistoja on käytetty huipputekniikassa. Esimerkiksi 5G-teknologia käyttää vähän kantoaaltotaajuuksia Kja Ka-taajuuskaistat, joita ei muuten käytetty aikaisemman sukupolven langattomassa tietoliikennetekniikassa.
Lisäksi tulevaisuuden vaatimukset motivoivat myös tutkijoita työskentelemään uusimpien EMI-suojaustekniikan konseptien parissa, kuten joustavien ohuiden suojien kehittämisessä käytettäväksi älykkäitä kankaita. Samoin seuraavan sukupolven teknologiat vaativat suojamateriaaleja, joissa on edistyneitä viritettävyys- ja taajuusselektiivisyysominaisuuksia.
Kuva 1. EMI-suojaus elektronisissa laitteissa
Tällaisessa skenaariossa tutkijat ympäri maailmaa tekevät merkittäviä ponnisteluja kehittääkseen tehokkaita suojamateriaaleja, joissa on edistyneitä ominaisuuksia ja suojausominaisuuksia GHz:n taajuusalueella sähkömagneettisen saastumisen vähentämiseksi.
Jotkut sähköteollisuus ovat jopa asettaneet (EMC) sähkömagneettisia yhteensopivuusstandardeja tuotteilleen, mikä osoittaa, että EMC-määräysten mukaisesti toimiva laite ei vaikuta itseensä tai toiseen laitteeseen sähkömagneettisen säteilyn vuoksi.
Suojausprosessiin kuuluu erityisesti suunnitelluista materiaaleista koostuvan kotelon luominen elektroniikkalaitteiden ympärille suojaamaan niitä ei-toivotulta säteilyltä.
Nämä kotelot vaimentavat tulevaa säteilyä heijastuksen, absorption ja useiden heijastusten kautta. Suojan aiheuttamaa sähkömagneettisen säteilyn vaimennusta säätelevät voimakkaasti sen sisäiset ja ulkoiset ominaisuudet, kuten sisäinen impedanssi, suojan paksuus, permittiivisyys, sähkönjohtavuus jne.
Näitä luontaisia ja ulkoisia ominaisuuksia voidaan optimoida valitsemalla sopivat, tietyn paksuiset suojamateriaalit, seostamalla ne muilla materiaaleilla ja suunnittelemalla niiden arkkitehtuuri älykkäällä tavalla.
Erilaiset materiaalit, kuten metallit, polymeerit, polymeerihiilikomposiitit, keraamiset polymeerikomposiitit, vaahdot jne. Niitä on käytetty lukuisten (EMI) sähkömagneettisten häiriösuojainten kehittämiseen eri sovellusten vaatimuksiin.
Metalleja on perinteisesti käytetty suojamateriaaleina sähkömagneettisen saastumisen vaimentamiseen. Metalleilla on hyvä suojauskyky ja hyvä mekaaninen lujuus; kuitenkin niiden käyttöä uusissa teknologioissa rajoittaa niiden suuri tiheys, huono mekaaninen joustavuus, syövyttävyys ja kalliit käsittelykustannukset.
Kuva 2. Tyyppisiä EMI-suojaus tarvikkeet
Tällaisten rajoitusten voittamiseksi, kehittyneet suojamateriaalit perustuvat hiiltä, polymeerejä ja keraamisia komposiitteja on kehitetty. Sähkönjohtavuus on tärkeä tekijä, joka ohjaa näiden materiaalien suojausominaisuuksia. Materiaaleilta vaaditaan korkea sähkönjohtavuus, jotta ne osoittaisivat korkeampaa absorptiokykyä ja siten tarjoavat suuret suojauksen tehokkuusarvot.
Hiilipitoisuuksien, kuten hiilinanoputkien (CNT), hiilinanokuitujen, grafeenin jne. käyttö, polymeerimatriisin täyteaineena parantaa merkittävästi sen suojausominaisuuksia korkeamman sähkönjohtavuutensa ansiosta.
Polymeerihiilikomposiitin valmistukseen suosittuja polymeerejä ovat polyaniliini (PANI), polydimetyylisiloksaani (PDMS), eteeniakryyli, siloksaani jne., ja niiden valmistuksessa käytetty johtava täyteaine sisältää pelkistettyä grafeenioksidia (RGO), hiilinanoputkia, hiilinanohiukkasia jne.
Polymeerimateriaalit, joihin on sisällytetty johtavaa täyteainetta, tunnetaan joskus myös luontaisesti johtavina polymeereinä (ICP) ja johtavana polymeeripohjaisina komposiiteina (CPC).
Toinen suojamateriaalien luokka on vaahtopohjaiset materiaalit. Vaahtopohjaisten materiaalien käytön etuna on niiden suuri joustavuus ja kevyt rakenne; niillä on kuitenkin vähän mekaanista lujuutta.
Ontot hiilimikropallot (HCM), ontot polypyrrolipallot (HPS), kuparipäällysteiset kenosfäärit (Cu@CS) jne. ovat muutamia esimerkkejä synteettisistä vaahdoista joita käytetään joustavien ja kevyiden suojamateriaalien valmistukseen. Tutkimukset ovat osoittaneet, että hiilipohjaisten materiaalien, kuten hiilinanokuidun, hiilinanoputken jne., sisällyttäminen vaahtoon parantaa merkittävästi niiden suojausominaisuuksia.
Viime aikoina joitakin ferriittipolymeerikomposiitteja ovat myös eri tutkijoiden kehittämiä, ja niiden on osoitettu toimivan hyvin suojakoteloina. Materiaalit, kuten heksaferriitti ja spinelliferriitit Niiden on myös havaittu olevan tehokkaita suojaamaan sähkömagneettista säteilyä niiden paremman absorptiokyvyn ansiosta.
Viime vuosina sandwich-rakenteet ovat yleistyneet myös suojaustekniikassa. Nämä sandwich-rakenteissa on taajuusselektiivinen suojaus jota tarvitaan seuraavan sukupolven sovelluksissa.
Sandwich-rakenteessa tietyn taajuuden sähkömagneettinen säteily käy läpi useita heijastuksia, perustuen rakenteiden mittoihin, ja johtaa siten tämän taajuuden merkittävään absorptioon. Tietyn taajuuden voimakkaasta absorptiosta johtuen näissä suojuksissa on taajuusselektiivinen suojaus.
Imeytymisen parantamiseksi, hiilipohjaisia materiaaleja kuten grafeenia, käytetään sandwich-rakenteen keskeisenä kerroksena; kun taas ulkokerrokset koostuvat yleensä heijastavista pinnoista, mikä mahdollistaa useiden heijastusten rakenteen sisällä.
Tuoreimmat tutkimukset ovat osoittaneet, että muutamat keraamiset materiaalit niillä on myös taajuusselektiivisiä ja viritettäviä suojausominaisuuksia jopa ilman sandwich-rakennetta ja kallista materiaalia, kuten grafeenia.
Esineiden internetin myötä ihmisten on myös kannettava mukanaan useita elektronisia laitteita, jotka ovat tavallinen sähkömagneettisen säteilyn lähde.
Suojauksen tarjoamiseksi näiltä säteilyiltä on myös suunniteltava kevyet ja ohuet kankaat, joissa on EMI-suojausominaisuudet. Elektroniikka- ja tekstiiliteollisuudessa on tehty paljon tutkimusta tällaisten kankaiden valmistuksesta.
Näiden kankaiden valmistusprosessi sisältää tavallisten kankaiden, kuten polyeteenitereftalaatin (PET) langan pinnoittamisen suojamateriaaliliuoksella. Päällystyksen jälkeen näistä langoista valmistetaan suojaavia vaatteita. Esimerkiksi polyeteenitereftalaattikuidut (PET), jotka on päällystetty johtavilla materiaaleilla, kuten kupariliuoksella, osoittavat hyviä suojausominaisuuksia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että sähkömagneettiset häiriöt (EMI) on todellinen ongelma, joka ei vaikuta vain elektronisten laitteiden normaaliin toimintaan, vaan on haitallista myös biologisille kokonaisuuksille.
Tähtimäisen sähkömagneettisen säteilyn vaimentamiseen tarvitaan sopivista materiaaleista, kuten metalleista, polymeerihiilikomposiiteista, ferriiteistä, vaahdosta jne., koostuvia sähkömagneettisia häiriösuojaimia (EMI). Suojamateriaalin valinta perustuu käyttökohteen vaatimuksiin.
Esimerkiksi sovelluksissa, jotka vaativat suurta mekaanista lujuutta ja heijastusdominoivaa suojausta, voidaan käyttää metalleja suojina, kun taas joustavaa rakennetta vaativissa sovelluksissa voidaan käyttää vaahtopohjaisia materiaaleja.
Tulevaisuuden teknologioita varten tarvitaan myös suojausmateriaaleja, joissa on edistyneitä ominaisuuksia, kuten taajuusselektiivisyys, viritettävyys ja suojausominaisuudet korkean taajuuskaistojen yli. Kevyiden ja ohuiden kankaiden tekeminen hyvillä suojausominaisuuksilla on toivottavaa myös tulevaisuuden teknologioille, kuten puettavalle ja joustavalle elektroniikalle.
AVAA VIRTA
Sinun Ideat
Paranna patenttitietosi
Ainutlaatuiset oivallukset odottavat uutiskirjeessämme
Pyydä takaisinsoitto!
Kiitos mielenkiinnostasi TT Consultantsia kohtaan. Täytä lomake, niin otamme sinuun yhteyttä pian
Pyydä takaisinsoitto!
Kiitos mielenkiinnostasi TT Consultantsia kohtaan. Täytä lomake, niin otamme sinuun yhteyttä pian
