2014年我国电磁纺织品发展趋势

根据电磁兼容原理中的小孔藕合理论，尺寸远小于波长的孔缝，可将孔缝等效为电偶极子和磁偶极子。根据该理论及金属板孔缝电磁泄漏实践可知，金属板孔隙导致屏蔽效能下降的因素包括材质电导率、厚度、孔隙形状、尺寸及排布方式；金属网材屏蔽效能与网丝直径、间距及单位长度交流电阻有关。
　　
　　由此可见，因影响因素众多，即使是结构比较规整的金属板孔隙或金属网材，也不能建立一个完整的理论方程来表达缝隙孔洞状态与屏蔽效能的关系。但有一点是明确的：根据截止波导管理论，截止波导管作为高通滤波器在一定的形状结构下，低于截止频率的电磁波是无法通过的，就像家用微波炉的观察窗一样，观察者可以通过金属网材上的小孔进行观察，但微波炉2.45GHz的电磁波并不向外泄漏。
　　
　　因此，我们首先研究金属箔片上的不同形状、尺寸和排列方式的孔隙与其屏蔽效能的关系，在高频端采用拱形法测试系统进行电磁屏蔽效能的测试、在低频端采用法兰同轴法进行检测，得到的基本结论是：多种金属箔片的材质和厚度对电磁屏蔽效能影响不大。导体上开列的孔洞直径越大、孔之间的间距越小，导体的电磁屏蔽效能越低，并且对于高频端而言屏蔽效能更低。
　　
　　在此基础上采用图1中三种透孔组织织造的有孔织物经化学镀铜和电镀镍等金属化加工，制得的有孔织物，其孔洞尺寸与电磁屏蔽效能的关系如图3所示。显然，采用这如图2所示样的加工方法，可兼顾电磁辐射防护服的屏蔽效能和热湿舒适性。在必要时还可以对热塑性合成纤维织物采用激光打孔的方法，以形成更加复杂的孔洞。
　　
　　平面周期结构的纺织品电磁性能研究
　　
　　根据频率选择表面理论，在一个导体平面上周期性重复开列非导电单元（或孔隙单元），会使导体平面产生带通效应或高通效应；在一个介质平面上周期性重复排列导电单元（或导电性能并不很好的电阻单元），会使介质平面形成带阻效应或低通效应。由此形成的电磁波频率选择性透通效应，在选通有用信号、截止干扰信号方面非常有意义，这种对电磁波的精细控制要比单纯的屏蔽阻断，更有应用价值。如何使纺织品具有电磁波的频率选择性透通功能，尚未被人关注。
　　
　　事实上，由纺织品制成频率选择表面（FSS），有其便利性和无限可设计性：不同材质的搭配、单元图案及尺寸、排列密度及排列方式等均可灵活组合，并使最终制品具有其他材料不易获得的柔软性。
　　
　　在介质平面上建立导电性周期结构单元的方法则更多，例如可采用局部化学镀或电镀、局部溅射导电物质、局部涂层印花附着导电物质或导电高分子材料等方法。这些加工无论对于传统纺织工艺，还是采用新技术，都是非常容易实现的。
　　
　　通过一系列的对比实验可知，纺织品可以通过各种方法在其绝缘表面建立周期结构的导电单元、或在其导电表面建立周期结构的非导电单元，制成电磁波通过频率可选择的柔性带通滤波器，可应用于电磁信号传输和能量传输的准确控制，达到对特定频率电磁波的阻断或畅通目的。
　　
　　立体周期结构的纺织品电磁性能研究
　　
　　在织物上建立立体的周期结构单元，将形成更有效的频率选择性透通的电磁纺织品。而纺织品建立立体的周期结构，有很多成熟的加工工艺。例如，采用镀银锦纶长丝在长毛绒织机上织造的绒毛长度为8mm的导电毛绒织物，加工时镀银长丝分别在地组织固结，故镀银长丝在织物底部并不联通，成为基本直立的U字形导电体。
　　
　　而毛绒织物以E8257D信号发射器、E7405A频谱分析仪为测试设备、采用拱形法测试系统测得的传输功率，表明在广泛的频率范围内，入射电磁波的大多数进入到了绒毛之间，并进行多次反复的反射而消耗能量，仅有极少比例的电磁能被反射到接收器。也就是说，这种状态与纤维尺寸有关，纤维尺寸影响了电磁波在毛绒织物表面的入射阻抗，从而影响了频率选择性。
　　
　　以上的例子是采用了一端处于自由状态的直立绒毛。我们还采用经编间隔织物，以镀银锦纶长丝为间隔纱线，以聚酯长丝为两个端面的原料，将间隔纱线分别固结在两个端面。为获得高的散射效果即降低发射率，实现雷达伪装，我们专门设立了导电间隔纱线的固结方式：导电间隔纱线采用成组排列的方式，每一组导电间隔纱线均排列成圆形，但在间隔织物的底面，间隔纱线处于一个小的圆周上进行固结；而在间隔织物的顶面上，间隔纱线则处于较大的圆周上，因此，由间隔纱线组成一个个向上开放的、比较平坦的锥台，便于电磁波向更广的范围散射，以降低特定方向的反射率，达到雷达伪装的效果。
　　
　　此外，利用化纤金属化加工技术和纺织加工工艺制造左手材料，是一个非常值得研究的重要课题。左手材料因其性能超出自然界存在的材料，被称作“超材料”。但左手材料一直由微型印刷电路板刻蚀出开口谐振环等单元，重复周期性排列而成，不适于应用。因此，在左手材料构造技术方面进展不大。
　　
　　现有的化纤纺织加工技术可以比较简便地实现三维立体周期性结构。例如：在将纤维表面金属化形成金属柱、或局部金属化形成开口谐振环、及通过加捻扭转实现手性化基础上，采用长毛绒、立绒、毛巾织物、间隔织物的织造方法使纤维以相对规则的形态固定，就有可能实现左手材料所需的结构，并且这种加工要容易得多，特别是这些纤维的线度能方便的与需要产生双负效应的电磁波波长相一致。
　　
　　在上述周期结构纺织品的研究基础上进行基于纺织品的左手材料研发，将具有重要的学术意义和应用价值。