探究复合材料的电磁屏蔽机制及效率

现在石墨烯复合材料在低频范围及高频范围下有效导电性、介电性和磁导率均已经被确定。我们将运用这些有效性质计算复合材料的电磁屏蔽效率。高频范围理论相比低频范围需要额外考虑频率相关的Dyre跃迁和Debye介电松弛。如图8.2所示，电磁屏蔽的物理机制可以分为三个主要部分，反射损耗、吸收损耗和多重反射损耗。对于目前的问题，将置于空气中的石墨烯复合材料作为电磁波传播的一个障碍。假设入射波的来源足够远，入射的电磁场可以假设为均匀电磁波。不失一般性，假设电场保持在x－z平面内。磁场保持在y－z平面内，如图8.3所示。电磁波沿z方向传播。板的厚度设为d。

图8.2　电磁屏蔽原理示意图

图8.3　石墨烯复合材料泡沫受到垂直于界面的均匀平面波

在这三部分损耗中，第一部分在障碍之前(z＜0)，电磁场的入射波和反射波分别表示为Ei，Hi以及Er，Hr。第二部分在障碍内(0≤z≤d)，电磁场在石墨烯复合材料内向前及向后传播的分量分别为E1，H1以及E2，H2。第三部分在障碍之后(z＞d)，电磁场的出射波为Eo，Ho。这些量在频域下通解为(见附录H)

其中，ax和ay代表x 和y 方向的单位向量，以及

符号i代表虚数单位，ω表示电磁波的角频率。下标“air”和“e”分别代表空气和复合材料。

此外，电磁场在入射界面的边界条件可以设为(www.xing528.com)

相应地，在反射界面可以设为

将式(8.14)带入式(8.16)和(8.17)中，可以得到入射和出射电场强度的比例

在此结果下，石墨烯纳米复合材料的电磁屏蔽效率可以计算得到

其中，单位为分贝(dB)，|·|表示绝对值。RdB，AdB和MdB分别为反射损失，吸收损失和多重反射损失

至此，石墨烯复合材料在低频范围及高频范围下电磁屏蔽理论已经完整建立。