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化學材料與生活:隱形殺手–電磁波 vs. 殺手剋星–電磁波遮蔽材

隨著3C產品使用率的日益提升,人體接觸電磁波的機會也愈來愈大。臺灣行動裝置普及率極高,除了手機的電磁波之外,家庭電器、電腦設備及高壓輸電線所產生的電磁輻射,對人體的傷害也很嚴重。
 
 
 
E時代的來臨,為人類帶來許多的便利,但也使得人們暴露在各種電磁波的威脅中。許多專家學者都曾對電磁波的危害,做過各種的研究與調查,雖然沒有直接的證據可以證明電磁波對人體會造成嚴重的傷害,然而電磁波充斥於我們的日常生活中,而且「很可能會」對人體造成危害的疑慮,始終揮之不去。根據美國科學雜誌報導指出,有證據顯示電磁波的頻率超過60赫茲(Hz),會對人體去氧核糖核酸(DNA)的結構造成傷害。難道對付電磁波,我們真的就束手無策了嗎?非也,本文告訴您如何既可享受高科技帶來的便利,又可保護自己免受電磁波之害。

電磁波(輻射)對人體的影響

隨著電器產品使用率的日益提升,人體接觸電磁波的機會也愈來愈大。臺灣目前是全球手機(行動電話)普及率最高的國家,除了手機的電磁波之外,家庭電器、電腦設備及高壓輸電線所產生的電磁輻射,對人體的傷害也很嚴重。舉凡客廳中的電視、廚房中的電磁爐與微波爐,若發生輻射外洩,很可能會使身體產生大量的氧游離基,長時間暴露於高劑量的電磁輻射中,有可能致癌,也易引發老年癡呆症、關節炎、心臟病及腦中風等疾病。另外,長期暴露於電腦設備及高壓輸電線產生的輻射中,會讓罹患血癌、腦炎及乳癌的機率增加二至三倍。

經實驗和調查結果顯示,電磁波輻射對健康的影響是多方面且複雜的。主要的表徵有下述幾個方向:

對中樞神經系統的影響 會出現神經衰弱症候群,主要表現有頭痛、頭暈、無力、記憶力減退、睡眠障礙、情緒易激動、多汗、心悸、胸悶、脫髮等,尤其以入睡困難、無力、多汗及記憶力減退最為明顯。

對生物體免疫功能的影響 使身體免疫力下降,減少人體白血球吞噬細菌的百分率和吞噬的細菌數,體內抗體的形成明顯受到抑制。

對心血管系統的影響 受到電磁輻射作用的人,常出現血壓波動的現象。此外,長期受到電磁輻射作用的人,會更早且更易發生心血管系統的疾病。

對血液系統的影響 在電磁輻射的作用下,會出現白血球減少,紅血球生成受到抑制等現象。此外,當電磁波和放射線同時作用於人體時,對血液系統的作用,較單一因素所產生的傷害更為明顯。

對生殖系統和遺傳的影響 長期接觸超短波發生器的人,男人可能出現性機能下降,女人則出現月經週期混亂的現象。高強度的電磁輻射可以產生遺傳效應,使睪丸染色體出現畸變和有絲分裂異常,導致子代出現先天性缺陷。

對視覺系統的影響 在電磁輻射的作用下,眼球的溫度易升高,溫度上升會導致眼球內的晶狀體蛋白質性質改變,形成白內障。此外,長期低強度電磁輻射的作用,會導致視覺疲勞、眼睛感到不舒適和眼睛乾燥等現象。

電磁輻射的致癌和治癌作用 電磁輻射會促使人體內的染色體發生突變和有絲分裂異常,促使某些組織出現病理性增生,使正常細胞變為癌細胞。然而利用微波對人體組織的致熱效應,不僅可以用來進行物理治療,還可以用來治療癌症,使癌組織中心溫度上升,進而破壞癌細胞的增生。

在享受高科技文明所帶來的便利之餘,不得不有的認知

由於上述電磁波對人體的影響,大部分都是不好的,我們又無法完全與電磁波隔離,如何既便利又安全地與電磁波共處,實乃現代人必須重視的問題。以下提出二個避免電磁波對人體造成危害的對策:

消極的電磁波防制對策
  1. 保持安全距離:儘量遠離電器製品,距離愈遠,受電磁波的影響愈小。
  2. 無法遠離時要儘量縮短使用時間:暴露在電磁波中的時間愈短,影響愈小。
  3. 選用放射電磁波強度較小的電器製品:電燈泡所放射的電磁波強度比日光燈小,無線電話則比行動電話小。
  4. 注意後方及兩側:電器產品的後方及兩側所釋出的電磁波強度往往較正面強。
  5. 插頭不用的時候要拔掉:插頭插著的時候,大多數仍會釋出電磁波。
  6. 睡覺時要特別注意:睡覺時間通常很長,即使是微量的暴露,其影響也會很大。

積極的電磁波防制對策

所謂電磁波干擾,就是電子儀器因自感或交感而在其周圍產生感應電磁場,因而影響到外界環境。一般而言,以300百萬赫茲(MHz)為分界點,300百萬赫茲以上的電磁波主要是以電場的形式存在,金屬或其他導電性材料因為具有優異的導電性,故對高頻的電磁波具有較高的遮蔽性;300百萬赫茲以下的低頻電磁波則以磁場的形式存在,如果要遮蔽此一頻段的電磁波,則需使用導磁為主的材料,如磁性材料或超導體等。

政府機構的把關 由於電磁波干擾是一種電磁波雜訊,嚴重者將會造成產品誤動作、失控、失效或對人體產生危害。近年來美、日及歐盟等各先進國家,相繼提出電子產品必須符合電磁相容(EMC)的規定。我國電子產品的電磁相容規範,是由商檢局負責,並採階段漸進的方式實施,即規定自二○○○年七月起,新型的電子產品應先向商檢局或認可的電磁相容試驗室,申請電磁相容測試認證,於檢測通過後發給登錄號碼(檢磁××××××××),產品必須標示登錄號碼方可販售。

電磁相容包含電磁波干擾(EMI)及電磁耐受性(EMS)二部分。亦即電子產品在正常操作狀態下,不能因系統的運作而產生大量電磁雜訊,干擾並影響到其他儀器的運作;同時,電子產品本身也不能輕易受到儀器本體所產生或其他外來之電磁波雜訊的干擾,導致系統無法正常運作。

遮蔽電磁波的金屬材 有效阻絕電磁波雜訊影響的方法,其中之一是藉由吸收方式將電磁波雜訊以熱或其他傳導方式(如系統接地等),將電磁波能量(強度)降低至系統可以忍受的程度。另一種則是以反射方式將大量電磁波雜訊阻擋在系統外部,以維持系統的正常運作。

一般電磁波雜訊無法在金屬殼體內傳導,過去最常用的方法是使用高傳導性的材料(如金屬)做為遮蔽體。但隨著電子/電器產品的研發趨勢逐漸傾向輕、薄、短、小的設計理念,目前產、學界對於能有效降低電磁波干擾的材料,是朝兩大方向進行研究:一為選用質輕的金屬材料,如鎂鋁合金;另一種則是具導電性的高分子複合材料。

在鎂鋁合金的研究方面,目前AZ31或AZ91鎂合金,在晶粒細化、超塑性方面的技術仍有待突破,因此無法製作複雜的工件。此外,尚有鎂合金工件製作時的廢料率過高、成品良率偏低、耐蝕性問題及熔煉過程中必須以保護性氣體隔離鎂合金與氫氧基接觸,否則將產生嚴重危害等問題。因此,學界目前正投入大量的人力、經費加以研發
改進中。

遮蔽電磁波的高分子複合材料 高分子材料具有設計自由度高、質輕、美觀、可射出成形及價廉等諸多優點,特別是在非結構性材料的應用上,高分子材料具有質輕且價廉的優勢。傳統的高分子材料具有良好的絕緣性,因此無法有效遮蔽電磁波,然而導電性高分子材料對電磁波則具有良好的遮蔽性。所謂「導電性高分子材料」,是在高分子材料中添加導電性填充物,或改變高分子材料的性質,以增加電荷轉移的能力,使材料能迅速傳導電荷而達到導電的效果,進而提高對電磁波干擾的遮蔽能力。

導電性高分子複合材料(電磁波遮蔽材料),依將導電性材料加至高分子複合材料中的方式的差別,可將其分為三大類,分別是表面處理型、本質型及填充型導電性高分子複合材料。分別概述如下:

表面處理型導電性高分子複合材料 主要是利用一些技術將導電材料附著於高分子材料表面,藉以達到導電及遮蔽的目的。但表面處理型複合材料的表面塗膜一旦不慎被刮傷或剝落,可能會對儀器系統造成某種程度的失效或危害,例如電磁波外洩或造成系統當機、短路等。因此表面處理型複合材料的關鍵性研發技術,在於如何強化複合材料表面導電膜層與基材間的黏著性。

本質導電性高分子複合材料 目前研發中的主基材為polyaniline和polypyrrole,此二種材料在空氣中的穩定性佳,但由於前述材料的溶液尚未開發成熟,且製品的機械性能較差,因此尚無法應用於結構性複合材料上。目前的研發多以應用於薄膜感測元件為主。

填充型導電性高分子複合材料 將導電填充材料加入高分子基材中,經過均勻混練後,使複合材料具有遮蔽及傳導電磁波的功能。由於填充型導電性高分子複合材料必須藉由填充材料在基材內部形成導電通路,以獲得傳導電磁波的功能,因此複合材料的電磁波遮蔽能力遠不如實際金屬塊材的遮蔽能力。為了改善此一缺點,在複合材料中必須添加大量的金屬導電材料。由於加入大量的填充材料,衍生出複合材料的機械物性與原始基材產生明顯變化等問題。因此,目前的研究重點放在如何使填充材料均勻分散於基材中,及複合材料的機械物性與原材料間不能產生太大差異,這二個主題上。

複合材料未來的用途將無可限量

上述三種導電性複合材料的產製,目前正有大批學者專家投入研發的工作。若能與奈米科技結合,利用奈米粒子的特有性質,如奈米材料的表面積比較大、吸附性強及表面反應能力佳等特性,結合金屬的導電性、抗電磁波特性,配合無電鍍法製程,從改善金屬與高分子材料的界面黏著性問題出發,使高分子複合材料具備電滋波干擾或光學的特性。相信這類導電性複合材料,未來在生物工程、化學工業及電子工業等領域,將有極為廣闊的應用前景。

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