赋能高精探测：智微光子光电倍增管 10Hz-18GHz 四层协同轻量化电磁屏蔽新成果

（原标题：赋能高精探测：智微光子光电倍增管 10Hz-18GHz 四层协同轻量化电磁屏蔽新成果）

研发团队联合电磁屏蔽材料与结构工程领域研究力量，深入探究传统电磁屏蔽方案在宽频覆盖、轻量化及稳定性上的瓶颈机制，创新开发出 “外层低频屏蔽+中层中频吸收+底层高频反射+绝缘层” 的多层复合屏蔽结构。该结构通过材料组合的协同设计与梯度固化工艺的融合，实现了对10Hz-18GHz宽频段电磁干扰的高效屏蔽，在-55℃至125℃极端环境下保持优异稳定性，且显著降低整体重量，为光电倍增管设备的电磁防护提供了创新解决方案。相关技术可广泛应用于医疗影像、太空探测等依赖光电倍增的领域，为复杂电磁环境下的高效探测保障奠定重要基础。

光电倍增管工作时，光电子在行进过程中易受到外界电磁场的干扰，造成观测误差，严重时还会导致误判，极大影响光电倍增管的性能[[1]]。常见电磁干扰来源覆盖低频（10Hz-300KHz，如变电站、高压电线）、中频（300kHz-3MHz，如中波广播）及高频（3MHz-18GHz，如卫星通讯、雷达），对于一些特殊用途的光电倍增管如核仪器、太空探测等领域对电磁屏蔽有着更高的要求，电磁波侵入工作中的光电倍增管，易导致图像信噪比下降，甚至引发倍增管性能衰减或关机[[2]]。

目前现有的电磁屏蔽防护技术存在明显局限，传统导电金属+坡莫合金结构中金属叠加双层结构虽1GHz以上高频电磁波屏蔽效能可达90dB 以上，但其柔韧性差，并且由于坡莫合金磁导率在100KHz以上频段急速下降约75%，导致100KHz-40MHz电磁场频段屏蔽效能常低于40dB[[3],[4]]。坡莫合金+绝缘层的简单叠加结构也因坡莫合金磁导率特性难以覆盖中高频电磁干扰。金属叠加多层结构如导电漆层、电镀铜层和电镀锡层的多层结构虽1GHz以上高频电磁波屏蔽效能可达90dB 以上，但缺乏高磁导率材料，导致其中低电频磁场屏蔽能力弱[[5],[6]]。常见铁氧体基复合材料电磁屏蔽效能峰值大多在100MHz~10GHz，难以满足宽波段使用需求[[7]]。这些缺陷使得现有方案难以平衡宽频、轻量化与稳定性，亟需技术突破。

针对上述问题，研究团队首先通过对传统结构电磁屏蔽失效机制的分析发现，单一材料或简单叠加结构无法实现磁电特性互补，导致频段覆盖缺口。并且目前多层结构工艺的层间结合不良与缺陷加剧了屏蔽效能衰减与重量冗余。基于此，团队创新提出 “四层协同+精准工艺” 技术体系，通过材料协同与工艺优化破解瓶颈。

该多层复合结构的核心在于四层功能协同，外层采用0.2-0.3mm的坡莫合金（Ni79%/Fe19.4%/Mo1.6%）作为低频（10Hz-100KHz）磁场屏蔽层，通过磁畴偏转和磁滞损耗，高效吸收磁场能量，屏蔽效能 > 90dB[[8]]；中层采用厚0.1-0.3mm的PI基体+10%多壁碳纳米管组成复合层，利用介电/欧姆损耗转化100KHz-40MHz电磁场干扰，屏蔽效能 > 90dB，配合PI基体低介电特性抑制表面反射，同时以PI为基体可支撑和均匀分散多壁碳纳米管[[9],[10]]；底层采用厚0.1mm的铝层利用高电导率实现高频电磁反射完成高频（40MHz-18GHz）电磁屏蔽[[11]]；绝缘层采用厚0.06-0.08mm的PTFE绝缘防护，绝缘电阻> 10¹⁴Ω・cm，防止层间短路并保护内部元件。

图1 屏蔽层横截面结构示意图：外层坡莫合金/中间层CNT-PI/内层高纯铝/绝缘层PTFE

关键制备工艺进一步保障性能，外层坡莫合金在磷酸-硫酸混合电解液中，于15A/dm² 电流密度、氩气氛围下电解抛光5min，等离子体活化300W、2min后可提升坡莫合金磁导率[[12]]；中层通过浓硝酸回流、超声分散多壁碳纳米管预处理、PI 前驱体制备及阶梯固化（120℃/1h→200℃/2h→300℃/1h）可确保多壁碳纳米管分散均匀[[13],[14]]；底层铝选用高纯铝（≥99%）通过轧制、锻造等工艺；铝层与光电倍增管之间加入 PTFE经钠-萘络合物表面改性增强粘结性[[15]]。最终所得屏蔽外壳通过环氧树脂与光电倍增管粘结，以60℃/0.2MPa/20min→ 80℃/0.5MPa/30min →120℃/0.8MPa/60min梯度固化粘结并在真空度 < 1Pa、0.5MPa 的压力下保压30min实现层间紧密结合[[16]]；边缘密封通过激光焊接+银胶涂覆进一步减小间隙避免电磁泄漏[[17]]。

图2屏蔽层制造工艺流程

该多层复合结构展现出优异性能，在10Hz-18GHz 频段内，平均屏蔽效能达80dB以上；整体面密度仅2000g/m²-2800g/m²，较传统方案面密度3000g/m²-3900g/m²减轻25%-35%；在- 55℃至125℃极端环境下连续工作1000小时，屏蔽效能衰减≤2dB。此外，该技术对不同环境普适性强，对不同类型光电倍增管设备如医疗影像设备、天文探测装置的电磁防护均有显著提升效果。

该研究为光电倍增管设备的电磁防护提供了创新技术路径，其多层协同设计思路可拓展至雷达、通信终端等其他电子设备的外部电磁干扰防护领域。目前，该技术工艺兼容现有材料生产线，量产良率 > 90%，有望快速推广应用于医疗影像、太空探测等场景，推动光电倍增领域在复杂电磁环境下的性能突破。

参考文献:

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[[4]] 苏时,谢斌,陈允鸿.坡莫合金纳米粉的恒导磁性及其磁导率的压力、频率特性[J].高压物理学报,1995,9(04):247-255.

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[[17]] Ham SS, Lee H. Surface Characteristics of Polymers with Different Absorbance after UV Picosecond Pulsed Laser Processing Using Various Repetition Rates. Polymers (Basel). 2020 Sep 4;12(9):2018.