Sähkömagneettisilta häiriöiltä suojaamiseen käytetyt materiaalit
Suomalainen, Leo (2023)
Suomalainen, Leo
2023
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-05-02
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304294879
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304294879
Tiivistelmä
Sähkömagneettinen häiriö (engl. Electromagnetic Interference, EMI) on sähkömagneettisesta kentästä johtuva hetkellinen tai jatkuva virheellisyys elektroniikkalaitteessa. Sähkömagneettinen häiriö voi johtua luonnollisesta tai ihmisen aikaansaamasta ilmiöstä. Luonnollisia häiriön lähteitä voivat olla esimerkiksi salamanisku tai auringonpurkaus. Ihmisestä johtuvat lähteet ovat käytännössä kaikki sähkömagneettista toimintaa tuottavat lähteet, kuten vaihtojännitteiset laitteet ja elektroniikka. Sähkömagneettinen häiriö voi edetä säteillen, johtuen tai indusoitumalla. Näistä yleisin on säteily. Kaikki elektroniset laitteet ovat alttiita sähkömagneettisille häiriöille, riippuen laitteen immuniteetista ja sähkömagneettisen säteilyn taajuudesta. Sähkömagneettisilta häiriöiltä suojaaminen perustuu pääasiassa EMI-aallon estämiseen ennen kuin se vaikuttaa suojattavaan elektroniikkaan. Tähän suojaukseen käytetään sähkömagneettisen säteilyn heijastamiseen ja absorptioon kykeneviä materiaaleja. Tällaisilla materiaaleilla tulee olla tiettyjä sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia toimiakseen tehokkaina suojausmateriaaleina. Sähkönjohtavuus on tärkein näistä ominaisuuksista etenkin heijastumisen kannalta. Magneettinen permeabiliteetti on toinen tärkeä materiaaliominaisuus, ja se vaikuttaa materiaalin absorptiokykyyn. Myös fyysiset tekijät, kuten suojauskerroksen paksuus, vaikuttavat EMI-suojaustehokkuuteen. Rakenteellisilla tekijöillä on myös vaikutusta EMI-suojauksessa. Metalleilla raekoon vaikutus resistiivisyyteen ja ominaispinta-alaan on tärkeä tekijä suojaustehokkuudessa. Komposiiteilla johtavan aineksen dispersio ja johdinrakenteen jatkuvuus vaikuttavat voimakkaasti EMI-suojaustehokkuuteen.
Materiaaliryhmistä etenkin metallit soveltuvat hyvin EMI-suojaukseen niiden korkean sähkönjohtavuuden ansiosta. Ferromagneettiset metalliseokset kykenevät myös absorboimaan sähkömagneettista säteilyä. Hiilipohjaiset materiaalit ovat myös hyviä sähkönjohtimia ja toimivat tästä syystä myös EMI-suojauksessa. Ferromagneettiset keraamit voivat toimia EMI-suojausmateriaaleina, jos ne yhdistetään sähköä johtavan aineen kanssa. Polymeerit eivät yleisesti ottaen toimi EMI-suojauksessa, koska ne ovat käytännössä näkymättömiä sähkömagneettisille kentille. Polymeerit ovat kuitenkin erittäin suosittu matriisimateriaali komposiiteissa. Komposiitit ovat erittäin suosittu materiaaliryhmä EMI-suojauksessa, johtuen niille ominaisesta kyvystä yhdistää ja optimoida materiaalien ominaisuuksia eri sovelluskohteisiin sopiviksi.
Materiaalikehitys EMI-suojauksessa keskittyy tällä hetkellä pääasiassa erilaisiin monikomponenttimateriaaleihin, kuten täytekomposiitteihin, pinnoitettuihin kuitukankaisiin ja kerrosmateriaaleihin. Uusien materiaalien, kuten 2D-siirtymämetallikarbidien, eli MXeneiden, soveltaminen erilaisissa sähkömagneettisilta häiriöiltä suojaamiseen kehitetyissä materiaaleissa on myös suosittu tutkimuksen kohde. Näihin liittyvillä innovatiivisilla materiaaleilla on saatu aikaan erityisen tehokkaita ja ohuita EMI-suojausmateriaaleja.
Materiaaliryhmistä etenkin metallit soveltuvat hyvin EMI-suojaukseen niiden korkean sähkönjohtavuuden ansiosta. Ferromagneettiset metalliseokset kykenevät myös absorboimaan sähkömagneettista säteilyä. Hiilipohjaiset materiaalit ovat myös hyviä sähkönjohtimia ja toimivat tästä syystä myös EMI-suojauksessa. Ferromagneettiset keraamit voivat toimia EMI-suojausmateriaaleina, jos ne yhdistetään sähköä johtavan aineen kanssa. Polymeerit eivät yleisesti ottaen toimi EMI-suojauksessa, koska ne ovat käytännössä näkymättömiä sähkömagneettisille kentille. Polymeerit ovat kuitenkin erittäin suosittu matriisimateriaali komposiiteissa. Komposiitit ovat erittäin suosittu materiaaliryhmä EMI-suojauksessa, johtuen niille ominaisesta kyvystä yhdistää ja optimoida materiaalien ominaisuuksia eri sovelluskohteisiin sopiviksi.
Materiaalikehitys EMI-suojauksessa keskittyy tällä hetkellä pääasiassa erilaisiin monikomponenttimateriaaleihin, kuten täytekomposiitteihin, pinnoitettuihin kuitukankaisiin ja kerrosmateriaaleihin. Uusien materiaalien, kuten 2D-siirtymämetallikarbidien, eli MXeneiden, soveltaminen erilaisissa sähkömagneettisilta häiriöiltä suojaamiseen kehitetyissä materiaaleissa on myös suosittu tutkimuksen kohde. Näihin liittyvillä innovatiivisilla materiaaleilla on saatu aikaan erityisen tehokkaita ja ohuita EMI-suojausmateriaaleja.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8798]