Complex Analysis of EMI Shielding Fabrics – Shi Hu, M.Sc.

Abstract:

Numerous papers have proved that using textile-based material with a functional coating is an effective method for electromagnetic interference (EMI) shielding in real conditions. Comparing with metallized materials incorporated into woven fabric substrates, nonwoven surface coated fabrics are progressively gaining extensive application in electromagnetic shielding materials owing to their expeditious production, cost-effectiveness, flexible thin structure, and facile processing. However, for surface coated nonwoven fabrics by metal particles, the shielding effectiveness is often limited due to structural arrangement of fibrous phase. The structural modeling and simulation of electromagnetic shielding performance remain generally under-researched areas. There is also a lack of studies for electromagnetic shielding effectiveness prediction by mathematical models. In practical applications, the contradiction between the wash resistance and breathability of metal particles surface coated textiles has been a persistent challenge. Many studies that focus on enhancing the wash resistance of these materials often neglect or unavoidably compromise their breathability. Additionally, the relatively weak mechanical properties of textiles further limit the application of metal particles surface coated textiles in electromagnetic shielding under harsh environmental conditions. This dissertation is in form of a comprehensive commented scientific articles published by me in impacted journals regarding to solve above problems. Via multilayer structure without altering the type of metal particles in the coating, the electromagnetic shielding effectiveness of metal particles surface coated textiles is effectively enhanced more than 88% with 5 layers structure. Through the successful development of simulation methods and mathematical prediction models, this work provides effective tools for designing and studying the electromagnetic shielding properties of metal particles surface coated textiles. Additionally, by encapsulating Parylene-C via chemical vapor deposition techniques, the encapsulated samples achieve a balance between wash resistance and breathability in metal particles surface coated textiles. This PhD work made deeper and systematic research on EMI shielding of metal particles surface coated textiles. The results not only fill the gap in electromagnetic shielding simulation and shielding effectiveness prediction models for metal particles surface coated nonwovens but also successfully resolve the conflict between wash resistance and breathability. Additionally, this work proposes an effective method for enhancing the electromagnetic shielding performance of metal particles surface coated textiles through multilayer structures. The results of this doctoral thesis provide more theoretical research basis for the design and production of high-efficiency electromagnetic shielding textiles, expand the scope of application environment, and will be of great help in the future, especially for the application of metal particle plated nonwovens in the field of electromagnetic shielding. …víceméně

Abstract:

V mnoha studiích bylo prokázáno, že použití textilních materiálů s funkční povrchovou úpravou je účinným postupem pro stínění elektromagnetického rušení (EMI) v reálných podmínkách. Ve srovnání s metalizovanými materiály začleněnými do tkaných textilních substrátů získávají netkané textilie s povrchovým nánosem kovů stále širší uplatnění v elektromagnetických stínicích materiálech díky jejich rychlé výrobě, nákladové efektivitě, flexibilní tenké struktuře a snadnému zpracování. U netkaných textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi je účinnost elektromagnetického stínění často omezena díky strukturnímu uspořádání vlákenné fáze. Strukturální modelování a simulace elektromagnetických stínicích vlastností zůstávají obecně málo prozkoumanými oblastmi. Rovněž chybějí studie pro předpověď účinnosti elektromagnetického stínění pomocí matematických modelů. V praktických aplikacích představuje rozpor mezi odolností proti praní a prodyšností textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi trvalou výzvu. Mnoho studií zaměřených na zvýšení odolnosti těchto materiálů proti praní často zanedbává nebo nevyhnutelně snižuje jejich prodyšnost. Navíc relativně nízká úroveň mechanických vlastnosti textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi dále omezují jejich použití pro elektromagnetickém stínění za náročných environmentálních podmínek. Tato disertační práce má formu souhrnných komentovaných vědeckých článků, které jsem publikoval v impaktovaných časopisech za účelem řešení výše uvedených problémů. Použitím vícevrstvé struktury je účinnost elektromagnetického stínění textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi účinně zvýšena o více než 88 % při pěti vrstvách, aniž by se měnil typ kovových částic v povrchovém nánosu. Na základě výrazného vývoje simulačních metod a matematických predikčních modelů byly v této práci vytvořeny efektivní nástroje pro navrhování a studium elektromagnetických stínicích vlastností textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi. Navíc povlakem pomocí technik chemické depozice Parylenu-C z plynné fáze bylo dosaženo jak zvýšené odolností proti praní, tak i prodyšnosti u textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi. V této disertační práci je proveden hlubší a systematický výzkum EMI stínění textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi. Získané výsledky nejen odstraňují nedostatky v simulacích a modelování elektromagnetického stínění pro předpovědi účinnosti stínění pro netkané textilie s povrchovou úpravou kovovými částicemi, ale také úspěšně řeší problémy s odolností proti praní a prodyšností. Tato práce rovněž navrhuje efektivní metodu pro zvýšení elektromagnetických stínicích vlastností textilií s povrchovou úpravou kovovými částicemi pomocí vícevrstvých struktur. Výsledky této disertační práce poskytují hlubší teoretický základ pro návrh a výrobu vysoce účinných textilií pro elektromagnetické stínění, rozšiřují rozsah použitelnosti a budou využitelné, zejména pro aplikaci netkaných textilií pokovených kovovými částicemi v různých oblastech elektromagnetického stínění. …víceméně