張濤++高鵬++何旻蒂++裴莉萍++李敏++盧永輝++余爭(zhēng)平

摘 要：以羰基鎳粉和水性清漆為主要原料，制備出針對(duì)工頻電磁場(chǎng)的屏蔽涂料，對(duì)該涂料制備的樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)屏蔽效能實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，羰基鎳粉加入水性清漆制備的屏蔽材料對(duì)工頻電磁場(chǎng)具有較高的屏蔽性能，材料屏蔽性能隨羰基鎳粉含量的增加呈先增加后降低的關(guān)系，其中該材料對(duì)環(huán)境中工頻電場(chǎng)的屏蔽效能最高可達(dá)62.5dB，對(duì)工頻磁場(chǎng)的屏蔽效能最高可達(dá)2.8dB。

關(guān)鍵詞：工頻電磁場(chǎng) 羰基鎳粉 復(fù)合涂料 屏蔽效能

中圖分類號(hào)：TM24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0101-03

工頻是指頻率為50Hz或60Hz的交流電頻率。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展進(jìn)步，社會(huì)上用電設(shè)施也不斷增加，變電站、高壓輸電線充斥著城鄉(xiāng)的各個(gè)角落，各種各樣的電器設(shè)備也遍布人們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)地方，這些電力設(shè)施和電器設(shè)備在方便我們生活的同時(shí)，也會(huì)給各種儀器設(shè)備和人體健康帶來(lái)一定的不利影響。一方面低頻磁場(chǎng)會(huì)對(duì)精密電子設(shè)備產(chǎn)生干擾[1]，從而影響設(shè)備的正常運(yùn)行甚至帶來(lái)安全事故；另一方面，低頻磁場(chǎng)可能會(huì)對(duì)人體健康造成一定的危害，研究表明，低頻磁場(chǎng)可引起DNA斷裂、miRNA表達(dá)顯著改變，同時(shí)對(duì)男性生殖健康及遺傳效應(yīng)具有一定的相關(guān)性[2-4]。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（International Agency for Research on Cancer，IARC）發(fā)表了一篇專著[5]，將極低頻的電磁輻射列為可疑致癌物，認(rèn)為兒童平均接觸超過0.3～0.4μT的住宅工頻磁場(chǎng)，會(huì)使患白血病的概率增加兩倍；根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行電磁環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[6]，公眾在環(huán)境中的工頻暴露限值為電場(chǎng)4kV/m，磁場(chǎng)為100μT。如何有效降低工頻電磁場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)生活帶來(lái)的不利影響一直是科研工作者致力解決的問題。

鎳是日常生活中比較常見的金屬，由于其具有良好的鐵磁性和抗腐蝕性能，是電磁屏蔽領(lǐng)域中的主要材料之一。通過在水性涂料中加入羰基鎳粉，可以在有效降低工頻電磁場(chǎng)的同時(shí)，防止因?yàn)橛袡C(jī)溶劑帶來(lái)的甲醛、苯等揮發(fā)性有機(jī)物帶來(lái)的二次污染。本文研究了不同重量配比的微米級(jí)羰基鎳粉加入同樣體積的水性清漆及自來(lái)水制備的屏蔽材料在工頻電磁環(huán)境中的屏蔽效能。

1 材料與方法

1.1 材料

鎳基電磁屏蔽涂料主要用到的原料有如下3種：微米級(jí)羰基鎳粉：粒度<3.8μm，純度>99%，水性清漆，自來(lái)水。

1.2 樣品制備

將10g、20g、30g、40g、50g、60g重量的羰基鎳粉分別加入40mL水性清漆中混合，然后將混合的樣品置于高速攪拌機(jī)中以1500r/min的速度攪拌20min，再加入10mL自來(lái)水以1000r/min的速度攪拌10min后即制得工頻電磁場(chǎng)屏蔽涂料。

將制備好的電磁屏蔽涂料以刷涂的方式分別涂于壁厚為1cm、外部尺寸為20cm×20cm×20cm一端開口的正方體木箱內(nèi)表面，如圖1所示。放置于室內(nèi)通風(fēng)處自然干燥固化。

1.3 性能測(cè)試

屏蔽效能的測(cè)試：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的位點(diǎn)為距變電站圍墻外5m、高1.5m處進(jìn)行屏蔽性能測(cè)試。所用儀器為意大利PMM8053B電磁輻射分析儀，所用探頭為EHP-50C，其測(cè)量頻率為5Hz～100kHz，量程為電場(chǎng)0.01V/m～100kV/m，磁場(chǎng)1nT～10mT。測(cè)試時(shí)，先將探頭放于測(cè)量位點(diǎn)測(cè)量未加任何材料的工頻電磁場(chǎng)本底值，然后在同樣的位置將測(cè)量探頭分別放置于未加屏蔽涂料的空木箱和涂有含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)羰基鎳粉電磁屏蔽涂料的木箱中測(cè)量其屏蔽值。

數(shù)據(jù)讀?。弘姶泡椛浞治鰞x開機(jī)后，待其實(shí)時(shí)值變化相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，以6s每次的速度讀取6個(gè)實(shí)時(shí)值，取其平均值作為電磁場(chǎng)強(qiáng)度值。

為了描述和分析屏蔽材料的屏蔽效果，通常采用屏蔽效能（Shielding Effectiveness，SE）表示屏蔽材料對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽能力和效果，其單位為分貝（dB）。對(duì)于低頻電磁場(chǎng)，由于電磁波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，測(cè)量所處位置處于近場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)具有各自不同的大小和特性，因此其屏蔽效能的定義也不同。其定義如下[7]。

電場(chǎng)屏蔽效能：不存在屏蔽體時(shí)某處的電場(chǎng)強(qiáng)度E0與存在屏蔽體時(shí)同一處的電場(chǎng)強(qiáng)度Es之間存在如式（1）的關(guān)系：

SEE=20lg （1）

磁場(chǎng)屏蔽效能：不存在屏蔽體時(shí)某處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H0與存在屏蔽體時(shí)同一處的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hs之間存在如式（2）的關(guān)系：

SEH=20lg （2）

對(duì)于磁屏蔽效能，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間存在關(guān)系：B=μH，其中μ為磁導(dǎo)率，空氣中磁導(dǎo)率為常數(shù)，故式（2）可以改寫為：

SEH=20lg （3）

通過比較本底、空木箱及不同含量鎳粉制備涂料的電磁場(chǎng)強(qiáng)度變化可以得出鎳基復(fù)合涂料對(duì)工頻電磁場(chǎng)的屏蔽效能。

2 結(jié)果與討論

距變電站外墻5m，高1.5m處工頻電磁場(chǎng)在不加屏蔽、加上空木箱以及不同含量羰基鎳粉時(shí)強(qiáng)度變化見表1。

從表1可以看出，加上空木箱和涂有屏蔽涂料的木箱后，同一位置的電磁場(chǎng)強(qiáng)度都出現(xiàn)了很大程度的降低。同時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度降低的程度遠(yuǎn)大于磁場(chǎng)強(qiáng)度降低的程度。一方面是因?yàn)殒嚪郾旧泶艑?dǎo)率并不是很高，并不能為低頻磁場(chǎng)提供特別大的磁通路；另一方面，由于木箱有一端開口，并沒有形成完全密封，因此會(huì)存在很大程度的電磁泄露，從而影響屏蔽效果。

將表1所測(cè)得數(shù)據(jù)分別帶入式（1）和式（3）可以分別求得不同條件下該位置的電磁屏蔽效能，其結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，鎳基電磁屏蔽材料的屏蔽效能相對(duì)于對(duì)照材料（空木箱）不論在工頻磁場(chǎng)還是電場(chǎng)都有了顯著提高。從復(fù)合涂料中鎳的含量來(lái)看，隨著鎳含量的增加，工頻電磁場(chǎng)的屏蔽效能都出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)。其中，當(dāng)鎳粉質(zhì)量與水性清漆以及水的體積之比為2∶4∶1時(shí)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的屏蔽效能達(dá)到最高。其原因主要是因?yàn)楣ゎl場(chǎng)為感應(yīng)場(chǎng)，材料具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)磁性能是屏蔽低頻電磁場(chǎng)的關(guān)鍵。當(dāng)涂料中鎳含量太低時(shí)，鎳粒子間相互沒有接觸形成導(dǎo)電或?qū)Т磐?，此時(shí)材料對(duì)電磁輻射的屏蔽效能起主要作用的是隧道效應(yīng)[8]，但效率很低。當(dāng)涂料中鎳的含量達(dá)到一定值時(shí)，鎳粒子相互接觸形成完整的導(dǎo)電和導(dǎo)磁網(wǎng)格，此時(shí)工頻電場(chǎng)將通過感應(yīng)作用而導(dǎo)出，工頻磁場(chǎng)則因?yàn)槠帘尾牧咸峁┑牡痛抛璧拇磐范鴮?dǎo)出，從而達(dá)到較好的屏蔽效果。當(dāng)涂料中的鎳含量繼續(xù)增加，此時(shí)，由于導(dǎo)電導(dǎo)磁網(wǎng)格已經(jīng)完全形成，所以其屏蔽效能不會(huì)繼續(xù)增加，同時(shí)，由于鎳含量的增加，其在涂料中的分散性會(huì)受到一定的影響，會(huì)造成鎳粉的分散不均勻，使得部分成膜區(qū)域鎳粒子堆積，而部分成膜區(qū)域鎳粒子不足而影響導(dǎo)電導(dǎo)磁網(wǎng)格的完整性，最終使得材料的屏蔽效能出現(xiàn)了一定程度的降低。endprint

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過在水性清漆中加入羰基鎳粉和自來(lái)水制備的屏蔽涂料對(duì)環(huán)境中工頻電磁場(chǎng)具有一定的屏蔽效能，其中，對(duì)工頻電場(chǎng)的屏蔽能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)工頻磁場(chǎng)的屏蔽能力。

（2）涂料屏蔽效能隨鎳粉含量的增加呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，當(dāng)鎳粉質(zhì)量與水性清漆及自來(lái)水體積之比為2∶4∶1時(shí)，其屏蔽效能最好，其中對(duì)工頻電場(chǎng)屏蔽效能為62.5dB，對(duì)工頻磁場(chǎng)的屏蔽效能為2.8dB。

參考文獻(xiàn)

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