【摘要】：木材是可再生的天然高分子材料。通過化學鍍技術(shù),在木材表面形成金屬鍍層,在保留木材優(yōu)異特性的基礎(chǔ)上賦予其金屬材料所具有的良好導電及電磁屏蔽性能,極大的拓展了木材的應(yīng)用范圍。目前,木材化學鍍技術(shù)尚存在可鍍金屬種類較少且屏蔽機理單一等劣勢。針對上述問題,開展了木質(zhì)反射吸收一體化電磁屏蔽材料制備與性能的相關(guān)研究。本研究利用木材化學鍍銅技術(shù),在楊木單板表面形成銅鍍層并進一步在化學鍍銅過程中加入納米四氧化三鐵顆粒形成復合鍍層,制備電磁波反射層;利用化學鍍鐵鎳合金技術(shù),在楊木單板表面形成鐵鎳合金鍍層,并通過多次化學鍍方法制備電磁波吸收層;參考膠合板制造方法獲得了具有實際應(yīng)用價值的木質(zhì)反射吸收一體化電磁屏蔽材料。研究結(jié)論如下:1.化學鍍銅理想工藝條件:鍍液濃度為CuSO_4· 5H_2O 80 g/L,C_4O_6H_4KNa40g/L,EDTA-2Na20g/L,HCHO40mL/L;pH=11.5;反應(yīng)溫度為60℃;反應(yīng)時間40 min。首先,在此工藝條件下制備的鍍銅單板表面鍍層具有良好的連續(xù)導電性,是理想的反射型屏蔽材料,電磁屏蔽效能最大達到62 dB;其次,鍍層為晶態(tài)結(jié)構(gòu),表面電阻率存在明顯各向異性,橫紋方向的表面電阻率是順紋方向的2倍;再次,鍍后單板,表面由親水性變?yōu)槭杷浴?.為了進一步提高鍍銅單板電磁屏蔽效能,選用納米四氧化三鐵顆粒制備復合鍍銅板。利用超聲波處理防止納米四氧化三鐵顆粒團聚。結(jié)合單因素分析與響應(yīng)面法優(yōu)化超聲工藝,確定理想超聲波處理工藝參數(shù)為:納米四氧化三鐵濃度25 g/L,超聲時間70 min,超聲功率800 W。相比于普通化學鍍銅單板,復合鍍單板鍍層結(jié)構(gòu)更加平整致密,晶粒尺寸減小,具有更好的連續(xù)導電性,電磁屏蔽效能明顯提升。同時,表面電阻率下降且各向異性現(xiàn)象消失,飽和磁化強度值為3.09 emu/g。3.化學鍍鐵鎳合金單板鍍層結(jié)構(gòu)與性能受鍍液pH值,(NH_4)_2Fe(SO_4)_2·6H_2O、NiSO_4·6H_2O濃度比例的影響。鍍液Fe:Ni比例為5:1((NH_4)2Fe(SO_4)2·6H_20:NiSO_4·6H_2O=50:10 g/L),pH=9.5條件下制備的化學鍍鐵鎳合金單板單板,具有吸收電磁波的能力,反射損耗小于-5dB的帶寬為2 GHz,反射損耗小于-10dB的帶寬為0.4 GHz,最小反射損耗為-11.7 dB,是一種吸收型屏蔽材料。同時,化學鍍單板金屬沉積量為38.8 g/m2且飽和磁化強度值與表面電阻率達到最大值分別為52.37 emu/g,517 mΩ·cm,鍍層由片狀金屬顆粒堆砌而成。4.為了擴寬化學鍍鐵鎳合金單板的吸波帶寬,提升吸波能力。采用多次化學鍍方法。前兩次采用化學鍍液配方為NiSO_4·6H_2O 10 g/L,(NH_4)2Fe(SO_4)2·6H_2O 50 g/L,NaH_2PO_2·H_2O 60 g/L,Na_3C_6H_5O_7·2H_2O 30 g/L,CH4N2S 0.5 g/L施鍍;第三次化學鍍液配方為:NiSO_4·6H_2O30 g/L,(NH_4)2Fe(SO_4)2·6H_2O 20 g/L,NaH2PO2·H_2O 60 g/L,Na_3C_6H_5O_7·2H_2O 30 g/L,CH_4N_2S 0.5 g/L施鍍;制備出的化學鍍鐵鎳合金單板反射損耗小于-5dB的帶寬達到3.5 GHz,反射損耗均小于-10dB的帶寬為1.6 GHz,最小反射損耗為-24.36 dB。同時,化學鍍金屬沉積量為100.3 g/m2,表面電阻率為26.3 mΩ·cm,飽和磁化強度為78.5emu/g,鍍層結(jié)合強度為3.6MPa,表面耐磨性失重為0.295 g,5.利用正交試驗優(yōu)化得到的反射吸收一體化膠合板的制備工藝條件為施膠量320 g/m2、冷壓時間20 min、冷壓壓力1.5 MPa,在此工藝條件下制備的一體化膠合板的膠合強度、靜曲強度、彈性模量分別達到1.94、74.35、6912 MPa。反射吸收一體化膠合板在10 kHz-1.5 GHz頻段內(nèi)的電磁屏蔽效能都超過60 dB;在8-17 GHz小于-5 dB的帶寬為6.05 GHz,小于-10 dB的帶寬為2.01 GHz,最小反射損耗為-23.71 dB。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ逡逑圖ｉ為電磁波譜示意圖，，電磁污染通常指通訊電磁波，電器污染輻射逡逑和雷達波等長波波段電磁波。即圖１的左邊部分（無線電波，微波）。長波逡逑電磁波實際應(yīng)用頻率范圍在１００邋ＭＨｚ？５０邋ＧＨｚ之間。表１為我國目前通訊逡逑用微波的主要使用頻段范圍，也是設(shè)計電磁波屏蔽材料的必要參考。逡逑

圖２是電磁波在屏蔽材料表面的作用機理。首先入射電磁波在材料第逡逑１界面處的反射作用，即電磁波在屏蔽材料表面發(fā)生的反射，這是最主要逡逑的電磁波衰減作用，能大大減少電磁波對屏蔽材料另一側(cè)的輻射傷害；另逡逑外在這個界面上還存在一定的吸收作用，這是由于屏蔽材料在電磁波催生逡逑的電磁場作用下會產(chǎn)生渦流，以熱能的形式損失；穿透界面１的電磁波在逡逑屏蔽材料內(nèi)部多次反射，產(chǎn)生渦流，損耗電磁波的能量。之后，剩余電磁逡逑波穿透屏蔽材料界面２后繼續(xù)傳播。逡逑電磁屏蔽效能（ＳＥ，邋Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ邋Ｅｆｆｅｃｔ）是評價材料電磁屏蔽效果的主要指逡逑標［１２］。電磁屏蔽效能主要取決于上述電磁屏蔽材料表面的反射損耗、吸收逡逑損耗和材料內(nèi)部發(fā)生的多次反射損耗。電磁屏蔽效能ＳＥ的表達式如下（式逡逑１邋）。逡逑ＳＥ＝Ａ＋Ｂ＋Ｒ邐（１）逡逑式１中，Ａ代表吸收損耗；Ｒ代表表面反射損耗；Ｂ代表材料內(nèi)部多逡逑次反射損耗，計算時需要考慮多次反射修正系數(shù)。另外當Ａ邋（吸收損耗）逡逑大于１５邋ｄＢ時，Ｂ邋（多次反射損耗）作用可以忽略不計。式１可改為：逡逑
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB34;TS65

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本文編號：2539401