紡織基電磁屏蔽材料的發展與應用

蘇 婧，蘭春桃，王 靜，關 玉,3，付少海,3

(1.江南大學紡織科學與工程學院，江蘇無錫 214122； 2.佛山中紡聯檢驗技術服務有限公司，廣東佛山 528211； 3.國家先進印染技術創新中心，山東泰安 271000)

由電流驅動的設備，小到手機、電腦和電燈等生活必需品[1]，大到現代醫療器械、無線電通信基站以及配電設施等大型設備[2]都會帶來電磁輻射(Electromagnetic radiation, EMR)污染。近年來，隨著電子科技在人們生活中的大量普及，EMR逐漸成為地球上的第四大污染源。

近代研究發現不同波長的EMR會互相干擾(尤其在104～1012Hz)，甚至會對生物體和精密儀器產生破壞，這個現象稱為電磁干擾(Electromagnetic interference,EMI)[3]。EMI會影響生物體的物質遺傳[4]，特別是對少年兒童等群體[5]，是誘發人類白血病、癌癥等疾病的重要原因之一[6-8]。現階段這些高頻輻射已被世界衛生組織列為2B類致癌物質[9]。與此同時，EMI也是部分數據竊取和設備破壞方式之一，在軍事上已有許多應用[10-11]。開發高性能的電磁屏蔽材料能夠有效減弱EMR的危害，從而保護精密設備和生物體免受EMI的困擾。

傳統的電磁屏蔽材料以銅、鋼、鋁等金屬導電材料為主[12]，但由于金屬具有密度大、柔韌性差、易氧化等問題，在很多場所難以推廣應用。以紡織品為基礎的電磁屏蔽材料具有輕質柔軟、透氣舒適、可彎曲和易于加工成型等特點，應用領域可從一般居民使用的服裝到軍用雷達隱身衣，從保護性紡織品到航空航天紡織品。相對于純金屬防護體系，紡織基電磁屏蔽材料造價與維護成本相對較低，并且紡織品的骨架和表面形態可通過化學和物理等方法改性，從而形成能夠與EMR相互作用的材料層次結構等[13]，使之從眾多EMI屏蔽材料中脫穎而出。

本文從紡絲、織造和后整理3個階段分別介紹了紡織基電磁屏蔽材料的最新進展，以及對這些材料的EMI屏蔽效能、缺點和挑戰進行了歸納，可為相關行業的研究人員提供參考。

1 電磁屏蔽機理

EMI屏蔽效率(Shielding efficiency, SE)反映了屏蔽體對電磁波的衰減程度，EMI SE測試標準主要有國家標準GB/T 33615—2017《服裝 電磁屏蔽屏蔽效能測試方法》、GB/T 30142—2013《平面型電磁屏蔽屏蔽材料屏蔽效能測量方法》和國際上“電氣和電子工程師協會(Institute of electrical and electronic engineers，IEEE)”標準299、美國測試和材料協會(American society for testing and materials，ASTM)D4935、E1851等標準。SE常用單位為分貝(Decibels，dB)，其值越大表示屏蔽體的屏蔽效果越好，表1列出了一般用途和專業用途的EMI屏蔽紡織品的一些等級和性能標準[14]。一般用途指：休閑服、辦公制服、孕婦裝、圍裙、消費類、電子產品及通訊相關產品或其他相關用途；專業用途指：醫療設備、檢疫材料、電子制造商、專業安全制服、電子套件或其他相關應用。

表1 紡織基EMI屏蔽材料的評價等級Tab.1 Evaluation ratings for textile-based EMI shielding materials

當電磁波接觸到材料表面會發生圖1所示反射、吸收和透射3種現象。根據Schelkunoff理論，總的EMI SE(SET)是由反射(SER)、吸收(SEA)和多重反射(SEM)決定，當SE達到15 dB時，多重反射可以忽略，此時SE是由反射和吸收決定的[15]。

SET=SER+SEA+SEM

(1)

SET=SER+SEA(當SET≥15 dB)

(2)

高導電性材料有移動電荷載流子從而具有較高的電磁反射特性，使得其籠內部的空間不受外部電場的影響，例如法拉第籠。但當電磁波能量增加到一定程度時，有限的導電材料會被擊穿，從而使得部分電磁波進入，當電磁波到達材料的另一面時，又會從屏蔽層邊界反射回來，這個過程中會產生反射損耗(SER)。該損耗的大小取決于輻射的頻率、材料的電導率和磁導率[16]：

(3)

圖1 電磁波與屏蔽材料接觸時的反射、吸收和多重反射Fig.1 Reflection, absorption and multiple reflections of electromagnetic waves in contact with shielding materials

式中：σ為電導率，S/m；f為輻射的頻率，Hz；μ為相對磁導率。對于一個具有恒定σ和μ的材料，SER隨著輻射頻率的增加而減弱[17]。

吸收屏蔽與材料磁性有關，是由于屏蔽材料的感應電流和極化弛豫而發生的。吸收損耗是σ和μ乘積的函數。屏蔽材料應有電偶極或磁偶極，可以與入射EMR的電和磁矢量相互作用。當入射波通過材料時，其振幅會成倍減少。吸收的電磁波能量被轉化為熱能，導致材料溫度升高[18]，吸收損耗如式(4)所示[19]：

(4)

式中：t為屏蔽層的厚度，mm；δ為趨膚深度，mm；f為輻射的頻率，Hz；μ為相對磁導率；σ為電導率，S/m。

多重反射屏蔽包括在屏蔽材料的不同表面或界面的反射，即由于第二界面的反射，波回到第一界面，并在第一界面的反射后再次落在第二界面。當材料具有多個表面或界面具有較大的比表面時，如多孔、復合以及納米填料等就會出現這種內部多次反射的現象[20]。多重反射方程如式(5)所示[19]：

(5)

式中：t為屏蔽層的厚度，mm；δ為趨膚深度，mm。這些多重反射在兩種情況下可以被忽略，一是材料的厚度大于趨膚深度，二是當SEA的值大于 10 dB。

內部反射在填充有小尺寸填料(如納米顆粒)的復合材料中尤其常見，它們可以是填充有金屬、碳或碳纖維等納米顆粒的復合材料。尤其當填充物含量較大，且填充物的長寬比參數(纖維長度與厚度/直徑之比)較高時，其屏蔽效果較好。

2 EMI屏蔽纖維研究現狀

理論上，具有導電性是紡織品具有電磁屏蔽能力的先決條件，但常規的合成纖維缺少親水基團，導電性不理想。對于天然纖維而言，其有限的導電性使其仍不具有合格的EMI屏蔽能力[21]。因此，研究者往往通過物理、化學改性或將普通纖維與功能性纖維進行混紡，其中最為常見的方法有紡絲液摻雜、混紗、涂層等[22-26]，使其最終具有一定的EMI屏蔽性能。

2.1 紡絲液摻雜

紡絲液摻雜技術是在纖維制備的過程中，將具有EMI屏蔽功能的納米粒子混入紡絲液，制備出具有電磁屏蔽效果的纖維。最為常見的摻雜材料有金屬、金屬氧化物、碳質材料、合金、陶瓷材料、過渡金屬碳化物/氮化物結合體(MXene)以及其他復合材料。Ahmad等[27]通過原液紡絲制備了含有碳化硅電介質納米填料的碳纖維增強復合材料結構(Carbon fiber reinforced composite structures，CFRC)，在X波段內顯示出優異的電磁屏蔽效果。同時制備了含有氧化鋅納米填料的CFRC纖維，其在100 MHz至13.6 GHz的寬泛頻率范圍內顯示出優異的EMI屏蔽特性。但為了達到較好的屏蔽效果，該法制備纖維中功能納米粒子的添加量可能高達30%，對纖維力學性能不利。對此有研究者研制了一種多孔復合纖維，可以在納米粒子添加量降低的情況下使其具有可觀的EMI屏蔽能力。Zou等[28]通過靜電紡絲技術制備了不同銀納米粒子摻雜和多孔結構的聚丙烯腈/Ti3C2TxMXene/銀納米粒子纖維膜，銀納米粒子質量分數為1%的纖維膜屏蔽效果可以達到 12 dB，并且在高溫退火后屏蔽效果變化不大。與此同時，部分研究者將具有屏蔽能力的材料結合在纖維的外部，使其對纖維強力影響降到最低。Xu等[29]通過濕法紡絲工藝，制備了一種厚度為 0.03 mm 的有褶皺、凹槽以及分層結構的有序還原氧化石墨烯纖維膜包覆的皮芯纖維(見圖2(a))。測試結果表明該材料具有明顯各向異性的導電性和定向的EMI屏蔽特性，并且在超過160次反復彎曲和拉直循環測試中仍能保持良好的EMI屏蔽性能。Liu等[30]采用同軸濕法紡絲法，以再生纖維素(Recycled cellulose，RC)為基礎，將氧化石墨烯/金屬碳化物/氮化物(Graphene oxide/MXene，GM)作為導電摻雜成分，制造出機械強度高、導電性好的RC基Ti3C2TxMXene皮芯纖維(見圖2(b))。該研究結果表明，將其縫制在紡織基材上，中空RC@MXene纖維具有3.68×104S/m的高電導率，提供了超過90 dB的電磁干擾屏蔽效率和出色的光熱轉換性能。

圖2 纖維摻雜的示意Fig.2 Schematic diagram of doped spinning

2.2 涂層涂附

涂層涂附是將纖維浸漬到具有EMI屏蔽材料與具有成膜性質的混合漿料中，后再經過焙烘固著等工序，使屏蔽材料牢牢附著在紗線上，賦予纖維EMI屏蔽能力。Ma等[31]以聚多巴胺(PDA)為黏合劑，將碳納米管(CNTs)和棉纖維緊密結合，從而制造出一種高導電織物。其EMI屏蔽效率在 6.57～9.99 GHz下為22 dB，在11.9～18 GHz下為 23 dB。該法工藝簡單，對纖維強力損傷少，但存在易剝落、牢度不好，黏合劑影響手感等弊病。相對于黏合涂附，化學電鍍或化學沉積等方法可以避免黏合劑的使用，手感影響較小的同時還具有較好的牢度。Zhou等[32]采用噴涂法將MXene和疏水性氣相二氧化硅(Hf-SiO2)有序地沉積在透明的聚碳酸酯(PC)上(見圖3(a))，得到的夾層結構PC/MXene/Hf-SiO2纖維具有35.1 Ω/sq的低表面電阻和33.4%的透光率，顯示出20 dB的EMI屏蔽效果。除此之外，王飛龍等[33]采用化學鍍的方法，在玻璃纖維表面鍍覆一層均勻、致密的Ni-W-P合金鍍層。在設定工藝條件下，所得化學鍍Ni-W-P玻璃纖維織物鍍層表面微觀結構均勻，電磁屏蔽效能達60.00 dB以上，力學及電磁屏蔽性能滿足實際使用要求。金屬與合金微粒涂層密度較大，使得纖維難以滿足輕質化的紡織基電磁屏蔽要求。因此Gao等[34]以聚乳酸纖維為模板，制作了具有上層銀微管結構的輕質纖維，如圖3(b)所示。其以吸收為主要EMI屏蔽機理，吸收系數值可以達到0.79，EMI SE可達到110 dB。

圖3 導電紗線處理方式示意Fig.3 Schematic diagram of coating mode of conductive yarn

2.3 纖維混紡

纖維混紡是將部分具有電磁屏蔽的金屬或非金屬線性EMI屏蔽材料與常見服用纖維進行混紡，使其具有EMI屏蔽能力。大多數金屬纖維剛度大、脆性高、難以進行復雜的機械化編織，若將其與普通纖維混紡，可以在保留一定EMI屏蔽能力的情況下降低紡紗與編織難度，并且柔軟的紡織紗線可以保護內部的屏蔽絲，降低使用勞損和維護成本。纖維通過緊密的編織，使得導電纖維能夠相互導通，在織物內部建立起導電網絡。Lou等[35]為了追求具有高EMI屏蔽性能的導電紡織品，用特殊的紡紗喂料裝置對指定的紗線進行加工，發現Cu/Pc-80的EMI屏蔽性能較好，并且具有3825 cm3/(cm2·S)的單層透氣性。但在使用過程中，外力可能會導致纖維編織結構與緊密程度發生不同程度的變化，使其互相導通能力以及RMI屏蔽能力發生改變。為此Lai等[36]將聚丙烯、碳黑和短碳纖維以特定比例混合，形成導電聚合物復合紗線，發現在質量分數20%的導電填料(碳黑和短碳纖維)混紡下，材料表現出較佳的拉伸強度、彎曲強度和電氣性能，該組材料的EMI SE也達到了30 dB，符合民用EMI SE標準的優秀檔次。

對于EMI屏蔽纖維而言，現有技術多從纖維組成、表面特性或直接與電導纖維混紡3個方面進行處理，各方式所制備的纖維特點見表2所示。由其測試結果可以看出，纖維通過紡絲或涂附，使其表面具有較為致密的“電導層”時，其EMI屏蔽能力遠高于將導電材料摻雜于纖維內部或與之混紡。摻雜工藝中最大的問題是由于摻雜材料與紡絲原液不相親所致，此時纖維的強力會隨著摻雜比例的提高而下降，即難以達到一個理想的屏蔽強度。對于纖維混紡而言，金屬等導電纖維由于剛度過大，在混紡比例過高的情況下可能導致紡織品手感等服用性能不佳。因此對于EMI屏蔽纖維而言，涂附合適的連續涂層或紡制具有皮芯結構的纖維可使其具在兼具服用舒適感的同時具有較好的EMI屏蔽效能。

表2 EMI屏蔽纖維的參數比較Tab.2 Parameter comparison of EMI shielding fiber

3 EMI屏蔽織物研究現狀

EMI屏蔽纖維或紗線可以通過編織成為具有EMI屏蔽性能的織物，并且可以根據實際需求自由組合，透氣并且靈活性較好，但在使用過程中外應力可能會使得纖維相對位置發生改變，引起EMI屏蔽性能改變[37]。與此同時不同的編織結構也會對其屏蔽性能有不同的影響[38-39]，因此直接對織物進行改性或直接一體成型理論上可使織物EMI屏蔽性能更加穩定。

3.1 織物表面改性

表面改性即采用化學、物理的方法直接改變紡織品表面的表觀結構，使紡織品具有EMI屏蔽能力。依據材料具有或提升屏蔽能力的方式，可分為“加法處理”和“減法處理”。前者常見的有化學涂附、自組裝復合材料、物理錨定等方法。對于已經具有一定EMI屏蔽能力的部分材料而言，可以通過“減法處理”，例如原位侵蝕、高溫碳化等方法增大其多重反射界面或電導率，從而進一步提升其原有EMI屏蔽能力。

化學涂附作為最簡便的處理手段，其最大的優勢就是可以依靠黏合劑等介質，將功能性組分與紡織品進行結合，對屏蔽材料和負載材料無選擇性。Das等[40]將摻雜的聚苯胺與交聯的熱固性二乙烯基苯聚合物混合后用作導電層，并將其作為結構性EMI屏蔽材料涂附在織物上，結果表明在厚度為 1 mm 和電導率為100 S/m的情況下，在X波段具有20 dB的屏蔽性能，但對于實際使用而言，不同紡織基材料和材料處理順序等可能具有不同的屏蔽效果[41]。因此，Zhang等[42]在由聚酯、棉和海藻酸鈣制成的3種不同無紡布的纖維骨架上，制備了基于MXene(Ti3C2Tx，Tx=—O, —OH, —F)的輕質、以電磁吸收為主要屏蔽機理的EMI屏蔽無紡布。在此之中，海藻酸鈣/Ti3C2TxMXene在12.4 GHz時SE達到25.26 dB；棉/Ti3C2TxMXene在負載僅為5.77 mg/cm3的情況下，實現了 2 301.95 dB·cm2/g 的最大特定屏蔽效能與厚度之比。除此之外，Fan等[43]將含有石墨烯納米片和聚偏氟乙烯黏合劑的混合物涂層無紡布上，發現用 25 g/L 的石墨烯漿料涂附后材料的SE達到 31.2 dB。

由于黏合劑的種類會對其牢度與手感產生較大的影響，有研究者通過化學物質直接改變織物表面官能團結構，使其能夠與屏蔽材料產生一定的相互作用，從而在盡量減少黏合劑的使用對產品服用性能的影響的前提下，將屏蔽材料固著在紡織品表面[44]。Li等[45]利用聚多巴胺對聚苯織物改性，然后采用浸漬法實現了銀納米粒子在聚苯無紡布表面的富集，通過調節銀前驅體的濃度構建了導電復合材料，當AgNO3溶液質量分數為2%時，材料的平均屏蔽效率達到25.01 dB，復合織物經阻燃處理后SE達到20.20 dB，可在用于消防毯等需要兼具阻燃和EMI屏蔽的產品中。

與前者幾種方式不同，錨定技術可將納米屏蔽材料定向負載于織物上，此時材料在目標材料表面上相對均勻的固著，不會產生顆粒聚集的問題。同時整個過程中無需添加額外的黏合劑，最終產品較為輕便，即可在對織物的強力無較大影響的前提下，仍保持理想的牢度。Zhong等[46]通過石墨納米片濕化學涂層和原位熱處理工藝合成新型六方氮化硼納米晶體/石墨納米片復合材料，直徑幾十納米的六方氮化硼納米晶體高度結晶并錨定在織物表面，結果表明該材料以EMI吸收主要屏蔽機理，SE最低也可以達到32.38 dB(>99.99% 衰減)。Choi等[47]利用納米厚、微米長的納米銅片單晶，組裝為分層多孔銅箔，將其錨定在織物上使其具有EMI屏蔽能力。結果表明，在15 μm和1.6 μm的厚度上，EMI SE值分別為100 dB和60.7dB。

層層自組裝(Layer-by-layer self-assembly，L-b-L)是依靠物質自身的重力和材料間作用力，在長時間靜置后材料自發地整齊沉積于織物上。該方法可以提高材料利用率的同時保證紡織品原有手感，賦予織物良好的EMI屏蔽能力。與傳統的顆粒粉末狀的功能性材料相比，一些典型的二維(Two-dimensional，2D)屏蔽材料，如石墨烯和MXene等，由于具有較大的比表面積、低密度和獨特的電學性能，能夠表現出更為優異的電磁屏蔽性能。Yin等[48]采用L-b-L法，將2D過渡MXene和聚苯胺(PANI)聚合物交替組裝在碳纖維(CF)織物上，結果表明5次循環組裝得到厚度為0.55 mm的PANI/MXene/CF織物具有26.0 dB的EMI屏蔽效能、135.5 dB·cm3/g的比SE以及24.57 S/m的導電性。但由于自組裝耗時較長，并且次數過多會導致織物厚度增大，影響透氣和柔軟度。因此該團隊將1D聚苯胺納米線和2D過渡金屬碳化物/碳氮化物納米片通過L-b-L負載在碳纖維織物上，然后涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂層(見圖4)。所得織物在厚度僅為0.376 mm時，表現出325 S/m的高電導率和35.3 dB的EMI屏蔽效能[49]。對于模量要求較高的環境，Xu等[50]使用具有良好微觀結構的改性細菌纖維素納米纖維(BCNF)作為增強單元，與MXene自組裝，得到MXene/BCNF樣品同時表現出252.2 MPa的高抗拉強度和443.5 S/cm的高導電性。更為突出的是，其屏蔽效果高達 19 652 dB·cm2/g。

圖4 層層組裝示意Fig.4 Layer-by-layer assembly diagram

盡管二維疊層Ti3C2TxMXenes的高導電性可使得其通過EMI的反射從而得到出色的EMI屏蔽能力，但由于材料導電性等固有屬性的限制，很難達到更高屏蔽性能。通過“減法處理”例如原位腐蝕，可在有金屬外表面或金屬混紡、混織的紡織品基礎上，使金屬組分相對比表面積增大，增大其多重反射可能。Rajavel等[51]對少層過渡金屬碳化物(f-Ti3C2Tx) MXene進行了剝離和缺陷控制。結果表明在適當的剝離條件下，適度的蝕刻時間使得f-Ti3C2Tx缺陷較少，而較長的蝕刻時間會破壞層結構并增加f-Ti3C2Tx的缺陷密度、結構錯位和氧化產物。最終材料在X波段的電導率和EMI SE分別為3 636～3 702 S/m 和31.97 dB。Wang等[52]使用氫氟酸原位腐蝕由不銹鋼纖維混紡或具有銅鎳鍍層的織物，使金屬組分表面具有多層Ti3C2Tx結構。結果表明涂層織物的SE值在6.57～18 GHz的頻率范圍內增加約2～6 dB。在6.57～16 GHz的頻率范圍內，涂層織物SE值增加了約10 dB，兩種織物的屏蔽峰值在6.6 GHz的頻率附近約為69～78 dB。由于其確切機理未得到闡述，Ying等[53]通過對MXene薄膜進行化學刻蝕，得到了富有Ti空位的微米級皺紋MXenes。通過實驗與模擬計算，證明了Ti空位附近電荷密度的不對稱分布形成了電偶極子的共振吸收，增強了材料的EMI吸收，并且相對表面積的增大也進一步導致了EMI的多重反射。最終該材料EMI屏蔽能力在20 μm處達到 107 dB，在40 μm處達到116 dB。

3.2 3D復合織物

除了在已成型的織物上進行處理，對織物立體編織和空間結構的控制，理論上也可以使其EMI屏蔽等能力有所提升，該項技術所得織物統稱為三維(Three-dimensional，3D)復合織物。3D復合織物不僅繼承了傳統層合材料的高比強度、高比剛度、耐腐蝕性以及抗疲勞等性能，也克服了傳統層合材料層間分離、開裂等問題。通過合適的編織方式，3D織物可使復合材料的EMI屏蔽性能進一步提高。因此，探究EMI屏蔽材料的3D編織變量對其性能的影響就顯得尤為重要。為此Singh等[54]用導電混合緯紗制作3D織物，研究三維正交編織結構的電磁屏蔽效率。以芯層使用銅絲，皮層為聚苯硫醚的DREF-III型包芯紗線為測試纖維，探究了各種紗線和織物變量對EMS的影響。結果表明金屬絲直徑、方向、皮層纖維百分比和織物結構參數顯著影響了電磁屏蔽效率。該推論可應用于其他三維結構，如角聯鎖、窗簾的間隔織物以及民用和軍用的覆蓋物。Shi等[55]拋開傳統紡織品線性思維，提出了一種新的局部富集策略(LES)。如圖5所示，通過精確控制填料的分布，3D打印熔融沉積成型(FDM)聚乳酸(PLA)/石墨烯納米片(GNP)復合材料。結果表明LES方法制備的PLA/GNP納米復合材料在質量分數10% GNP下SE達到了34.7 dB。該方案可降低編織程序的開發困難，達到一體成型的效果，但由于打印材料的限制，該方法難以廣泛應用在常見的纖維材料當中。

圖5 FDM三維打印復合材料示意Fig.5 Schematic of FDM 3D printed composites

3.3 多層紡織品

多種具有不同電磁屏蔽或其他特種性能的紡織品通過物理或化學的方式結合在一起便形成了多層電磁屏蔽紡織品，如圖6(a)所示，通過不同表面結構的層狀紡織品，例如平面和波紋結構進行氈合；或如圖6(b)所示，先通過對紡織品進行層狀刻蝕，再經化學改性等手段使其表面具有可反應接枝的位點(或直接與其他片狀材料在反應液中混合)，最終材料間化學鍵合形成多層紡織品。該類紡織品由于可以同時兼具各層織物的優勢，從而在特種裝備中尤為受到青睞。傳統服用紡織品的纖維模量較低，難以滿足汽車、航天等較高的模量要求。為保障電磁屏蔽功能織物足夠的強力，通常使用碳纖維、玻璃纖維等高強纖維為基體制備電磁屏蔽紡織品。

圖6 多層織物屏蔽材料Fig.6 Multilayer fabric shielding material

高強纖維通過簡單復合織物制備的織物屏蔽性能僅能勉強達到軍用合格標準。為此Kwon等[56]應用芳綸納米纖維嵌入熱塑性塑料夾層，制備了一種基于鋁薄膜、玻璃纖維織物、碳纖維增強熱塑性塑料和熱塑性塑料黏合劑的EMI屏蔽多層結構，其在0.2～1.0 GHz的波段下平均SE高達94 dB。有研究者指出，依據拓撲空間學，理論上同樣的材料在不同空間位置上會有不同的效果[57-58]。Lin等[59]采用低熔點聚酯無紡布織物(L)、尼龍間隔織物(N)和碳纖維機織物(C)按不同順序層壓，然后在15.0 cm深度處針刺形成復合材料三明治結構。該測試結果表明，不同的結構排序的確會對材料性能有所影響，在1～3 GHz的頻率范圍內N-L-C和C-L-N的電磁波屏蔽均分別為45～65 dB和60 dB，達到民用最高等級。EMI高頻率波段的屏蔽也是一大難題之一，高頻率的電磁波穿透性強，單一的屏蔽紡織品難以滿足GHz及其以上頻段范圍的EMI。因而將不同磁導率和電導率涂層紡織品或特定紡織品結構組成多層紡織品，由此理論上可以制造出具有高頻率波段屏蔽的織物。Pandey等[60]采用純棉織物和導電機織織物，結合銅基鍍銀混合紗，開發了多層EMI屏蔽材料，在 8.2 GHz 頻率下，該織物的最大EMI SE值為21 dB。Li等[61]制作了以納米銀線(AgNW)為導電層、以芳綸納米纖維(ANF)為保護層的多層ANF/AgNW復合紡織品，結果表明7層復合結構的ANF/AgNW織物對高頻率波段的EMI屏蔽效果高達63.3 dB。

對于EMI屏蔽紡織品而言，若織物本身不具有EMI屏蔽能力，現有技術主要從表面改性、復合材料兩個方面賦予其一定的EMI屏蔽能力，各方法所制備織物特點見表3所示。若織物是由具有EMI屏蔽能力的纖維或材料組成的，為了充分利用其屏蔽能力，可對其編織結構進行設計，將其制備為3D復合織物。最后，將具有不同性能的紡織品進行層狀復合能夠使其原有屏蔽能力得到提升，或在具有一定原紡織品性能的基礎上，使其具有多種特殊性能，達到多功能紡織品的效果[62]。相較于由基于EMI屏蔽能力的纖維編織而成的紡織品，直接對紡織品處理可以使得屏蔽體系具有連續性，總體屏蔽能力高于前者，但手感等服用性能相對較差。因此建議在民用等一般使用環境中，可優先考慮將具有EMI屏蔽能力的纖維進行3D編織復合，而對于EMI屏蔽能力要求較高的應用環境，例如軍事基站屏蔽等可使用層狀復合材料，使其兼具其他所需性能的同時，可以具有較為優異的屏蔽效能。

表3 EMI屏蔽織物的參數比較Tab.3 Parameter comparison of EMI shielding textile

4 結論與展望

本文簡述了紡織基EMI屏蔽材料的機理和近期較為熱門的制備方法。常見的手段有紡絲或捻紗時以高電導性材料作為添加物、編織時進一步優化織物結構、對成品紡織品進行后處理這3種。但為了能夠進一步投入生產并達到實際使用時的需求，需要分別考慮到產品的加工難易與成本、使用靈活性和屏蔽范圍等需求，未來需在纖維的編織結構、紡織層復合和屏蔽材料等方面進一步的深耕。

a)除了EMI屏蔽的性能，屏蔽的波段范圍的增加也是一個重點研發的方向，鑒于現階段常規波段的電磁波相對更為容易屏蔽，先進的監測手段也使用更高頻率范圍作為探測波段。雖然復合紡織品可在增加屏蔽波段的同時具有更好的屏蔽效果，但較大的厚度會使其的服用性能大大降低。因此后續研究人員可以著重于開發GHz級別的屏蔽材料；開發新的有機大共軛導電材料，而不是局限在納米金屬材料或石墨烯等常用材料上；或將具有不同屏蔽波段的材料通過海島纖維紡絲等方式復合在同一纖維上，再結合復合編織，使其兼具輕便、多頻段屏蔽的性能。

b)多數屏蔽材料仍以電磁反射為主要屏蔽機理，尤其不適用于例如軍用電磁隱身等具有特定需求的應用場景。與此同時EMI屏蔽材料的最終目標是實現消除或減弱環境中的EMI，而不是僅對指定的目標進行保護，材料反射出的電磁波可能是二次EMR污染的來源。因此研究重點要放在研究在具有合適SE的EMI吸收或多次內部反射消耗為屏蔽機制的材料。但在大力發展以電磁吸收為屏蔽機理的情況下還要注重材料的散熱性能，使得由電磁能量被轉化為熱能后能被快速分散，減少由此產生的熱能對被屏蔽物的損害。

c)為了保留紡織基電磁屏蔽材料的輕便、柔軟的優勢，可以基于電磁波的反射特性，在保留一定強度或使用高模量纖維的情況下引入多孔結構，使其在不過度增加材料密度的情況下增加電磁波多次反射和吸收損耗，最終獲得更高的EMI屏蔽能力。此外，引入高長徑比的導電材料，例如碳納米管，可以有效地在紡織品中形成導電網絡，以提高其電導率。

d)無論是纖維還是織物，該材料最終在做入實際裝置中都需要具有較好的使用牢度，并且若要進行規模化生產就需要該材料具有性能穩定、合成方法可規模化、生產成本較為合適、生產過程對環境友好等要求。與此同時最好兼具紡織品靈活輕質以及散熱透氣的特性，以滿足可穿戴的需求。