第48屆國立暨縣（市）公私立高級中等學校第4區科學展覽會

作品說明書

科 別：應用科學

組 別：高中組

作品名稱：防電磁波塗料之研究

關 鍵 詞：防電磁波塗料、電磁波

編 號：

摘要：

本實驗以簡單可DIY的方式，嘗試找出可加入油漆中衰減電磁波的物質，並探討這些物質及其濃度對抗電磁波的影響。然而出乎意料的是，一般認為抗電磁波較有效的金屬材料中的鐵與銅，衰減程度竟然沒有想像中來的有效，倒是非金屬的石墨、玻璃粉及口罩中的活性碳粉較為有效。另外，濃度的影響一般認為高濃度衰減效果應會比低濃度來的有效，但在本實驗中得知濃度之影響並不是絕對的關係。

壹、研究動機：

很多人住在基地台旁邊擔心電磁波太強，數據顯示，基地台旁邊的電磁波數量，是一般住宅的30倍，雖然沒有任何學術研究，證實影響健康，不過已經有住戶特別在牆壁上漆上一種可以阻擋電磁波的黑色油漆，不過這項從德國進口的產品非常昂貴，塗完10坪的房子，至少要6、7萬，這不是中下階層的人可以負擔的。所以我們希望能找出能夠降低電磁波強度之隔離物質加入油漆中，使它具有防電磁波的功能，且這些物質必須是日常生活中唾手可得的物品，價格低廉、方便取得，不用去花費高價格買抗電磁波漆或抗電磁波器材。

貳、研究目的：

一、了解日常生活中有哪些電磁波

二、自製防電磁波漆的屏敝能力

三、找尋可以屏蔽高頻及低頻的材料

参、研究設備及器材：

設備或器具名	數量	設備或器具名	數量	設備或器具名	數量
電磁波儀	1台	二氧化錳	1罐	活性碳粉	1罐
電磁波檢測器	1台	鋁粉	1罐	玻璃粉	1罐
鐵粉	1罐	銅粉	1罐	石墨粉	1罐
鋅粉	1罐	木板30X30cm	n片	線圈	1個
波形產生器	1台	高斯計	1台

肆、原理：

(一)高頻電磁波的測量

所謂防電磁波油漆，就是利用材料會反射或吸收電磁波的原理，最便宜的像是錫箔紙，或是加入銀銅纖維的紗窗布，常見的金屬粉末及石墨粉等等，都可以防電磁波。電磁波在材料裡因共振所損失的能量，就是入射波在材料內部轉換成的熱量。

且日常生活中，高頻電磁波大部份是微波(MW)或射頻(RF)無線電波，常被測量的是平面波功率密度，一般寫成μW/c㎡(微瓦特/平方公分)，所以我們使用可測量2.45GHz的電磁波一來測量。

註：(1)高頻電磁波(RF) : 應低於5 uW/㎡（微瓦/ 平方公尺,台灣只有室外規範9W/㎡= 900萬uW/㎡,並以此為室內規範）

(2)瓦特(W)是功率的單位，意指每單位時間所消耗或發散出來的能量，可以作為電器用品消耗能量的測量單位，或者電磁波發散能量的測量單位。

三者的大小關係為:1瓦特=103毫瓦特=106微瓦特。

(二)低頻磁場的測量

至於我們常聽到的「高斯(Guass)」，是用來測量靜磁場強度的單位，不是用來量測電磁波的正確單位。所以，當使用高斯計(Guass Meter)來測量電磁波的磁場強度時，量測的頻率範圍必須低於500KHz，所以利用高斯計測量高頻電磁波的磁場強度是不對的，且測量到的可能是電力設備所產生的磁場。所以高頻的偵測電磁波方式也不同於低頻！但目前生活中低頻電磁波也充滿生活週遭，所以使用高斯計同時測量防電磁波漆的屏蔽效果。

註：低頻電磁波(靜磁)在台灣的規範，應低於１mG (毫高斯)

伍、研究過程及方法：

防電磁波漆的製作：

我們利用市面上購買的水泥漆直接加上從實驗室及日常生活中所取得的材料後塗在木板上，利用發射電磁波穿透木板後的衰減來討論自製電磁波漆的效果。

（一）哪些物質可阻擋電磁波

(1)將5ml的粉末混到20ml的水泥漆中再加10ml的水稀釋

(2)將此水泥漆溶液均勻的塗在長30cm寬30cm的木板上，等待水泥漆乾燥，如圖(一)

(3)將高頻電磁波發射器打開暖機10分鐘，並將底座移至刻度30cm之 處，如圖(二)(三)(四)

(4)將電磁波接收器鎖在腳架上，並在腳架的一定點處做垂線

(5)移動腳架並使垂線垂直於刻度0cm上

(6)調整接收器的角度，使之與發射器口垂直

(7)把固定木板的木製架子放在刻度26cm之處

(8)確保四周無干擾電磁波之物質，開始紀錄無阻隔之能量數值

(9)將塗好水泥漆的木板用木板架於刻度26cm上

(10)放上木板後等待數值穩定後，紀錄數值

(11)將數據紀錄於結果分析，並用Excel製成長條圖

（二）四種物質不同濃度的影響

(1)由步驟二得選用有明顯之效果的物質4種

圖(一) 各種漆版

圖(二) 高頻電磁波起始值測量

圖(三) 測得數據

圖(四) 高頻電磁波阻隔後之測量

(2)把這四種塗料獨立出來，並改變其濃度再做不同濃度之比較

(3)分別將2.5ml與7.5ml的粉末混到20ml的油漆中再加10ml的水稀釋

(4)把固定木板的木製架子放在刻度26cm之處

(5)確保四周無干擾電磁波之物質，開始紀錄無阻隔之能量數值

(6)將塗好水泥漆的木板用木板架於刻度26cm上

(7)放上木板後等待數值穩定後，紀錄數值

(8)整理成圖表並比較及探討其效果

(9)將數據紀錄於下表，並用Excel製成長條圖

（三）低頻電磁波的測量

(1)重複實驗一、二，但將發射器改為低頻線圈以發射60Hz電磁波。如圖(五)

(2)用各種塗好塗料的木板阻隔，測其數值。如圖(六)

(3)重複實驗(1)，但將發射器改為低頻線圈以發射1000Hz電磁波。如圖(七)

(4)整理成圖表並比較及探討其效果並用Excel製成長條圖

圖(五) 低頻磁場(60Hz)起始值測量

圖(六) 低頻磁場(60Hz)阻隔後之測量

圖(七) 低頻磁場(1000Hz)起始值測量

陸、實驗結果：

（一）哪些物質可以阻隔電磁波

起始值	木板	油漆	鐵粉	鋁粉	銅粉	鋅粉	石墨粉	二氧化錳粉	活性碳粉	玻璃粉
一	102	85	85	85	76	78	83	74	77	78	76
衰減1(%)	16.667	16.667	16.667	25.490	23.529	18.627	27.451	24.510	23.529	25.490
二	99	81	80	83	78	77	79	74	72	75	78
衰減2(%)	18.182	19.192	16.162	21.212	22.222	20.202	25.253	27.273	24.242	21.212
三	97	76	75	78	73	77	76	70	68	73	76
衰減3(%)	21.650	22.680	19.588	24.742	20.619	21.650	27.835	29.897	24.742	21.650

（二）四種物質不同濃度的影響(能量起始44)

物質濃度 (20ml) 材料 及能量(起始44)	7.5	衰減百分比(%)	5.0	衰減百分比(%)	2.5	衰減百分比(%)
石墨粉	34	22.727 %	20	54.545%	19	56.81 %
鋁粉	20	54.545 %	23	47.72%	30	31.81%
玻璃粉	28	36.364 %	30	31.81%	25	43.18%
活性碳粉	21	52.273 %	20	54.545%	18	59.09%

（二）四種物質不同濃度的影響(能量起始24)

物質濃度 材料 (ml) 及能量(起始24)	7.5	5.0	2.5
石墨粉	13	45.83%	15	37.5%	12	50%
鋁粉	17	29.17%	22	8.33%	16	33.33%
玻璃粉	16	33.33%	19	20.83%	14	41.67%
活性碳粉	19	20.83%	22	8.33%	15	37.5%

（二）四種物質不同濃度的影響(能量起始33)

物質濃度 材料 (ml) 及能量(起始33)	7.5	5.0	2.5
石墨粉	12	63.63%	15	54.54%	16	51.51%
鋁粉	15	54.54%	15	54.54 %	19	42.42%
玻璃粉	18	45.45%	24	27.27 %	16	51.51%
活性碳粉	18	45.45%	18	45.45 %	16	51.51%

（二）四種物質不同濃度的影響(將三組衰減百分率再平均一次)

(三)低頻磁場(ELF)的討論 60Hz

單位： mG(毫高斯)

木板	油漆	鐵	鋁	銅
起始值	125.1	125.1	125.1	125.1	125.1
阻隔後1	125.1	125.1	125.0	125.0	125.1
阻隔後2	125.0	125.0	125.0	125.1	125.1
阻隔後3	125.1	125.0	125.0	125.1	125.0
阻隔後平均	125.0667	125.0333	125.0	125.0667	125.0667

鋅粉	石墨粉	二氧化錳	活性碳粉	玻璃粉
起始值	125.1	125.1	125.1	125.1	125.1
阻隔後1	125.0	125.0	125.1	125.0	125.1
阻隔後2	125.0	125.1	125.1	125.0	125.1
阻隔後3	125.1	125.0	125.1	125.1	125.0
阻隔後平均	125.0333	125.0333	125.1	125.0333	125.0667

(三)低頻磁場(ELF)的討論 1000Hz

單位： mG(毫高斯)

木板	油漆	鐵	鋁	銅
起始值	199.3	199.3	199.3	199.3	199.3
阻隔後1	199.3	199.3	199.4	199.2	199.3
阻隔後2	199.3	199.2	199.3	199.2	199.3
阻隔後3	199.2	199.3	199.2	199.3	199.2
阻隔後平均	199.2667	199.2667	199.3	199.2333	199.2667

鋅粉	石墨粉	二氧化錳	活性碳粉	玻璃粉
起始值	199.3	199.3	199.3	199.3	199.3
阻隔後1	199.2	199.2	199.3	199.2	199.3
阻隔後2	199.2	199.2	199.2	199.3	199.2
阻隔後3	199.3	199.3	199.3	199.2	199.2
阻隔後平均	199.2333	199.2333	199.2667	199.2333	199.2333

實驗中，原所有物質對磁場的阻隔均無效，但是以整塊鐵板，可以阻隔，由此可推得，我們的電磁波漆只可阻隔高頻電磁波，無法阻隔低頻磁場。

柒、結果分析：

（一）由第一個實驗，尋找哪些物質加入油漆後對電磁波的衰減效果較顯著

1.以二氧化錳效果最明顯，但二氧化錳屬於重金屬，民眾不易取得且有重金屬污染及毒性，所以在討論後不採用。

2.其次我們找出石墨、鋁、玻璃、活性碳、銅粉，效果最明顯，其平均衰減率都在20％以上，但在銅太貴的考量下，且效果與玻璃粉、活性碳接近、捨銅取活性碳，而石墨、鋁、玻璃、活性碳這4種物質應屬於反射及共振型的防電磁波材料。

3.原先認為有效的鐵反而不明顯，其中衰減的效果可能與其氧化有關。

（二）1.由四種物質不同濃度阻隔高頻電磁波實驗中，我們發現非金屬的石墨、玻璃、活性碳，低濃度較明顯有效，提高濃度反而降低效果，而金屬的鋁粉，高濃度較明顯有效，提高濃度可以提高效果。

2.所謂防電磁波油漆，就是利用材料會反射或吸收電磁波的原理，金屬粉末可以反射電磁波所以提高濃度可以提高效果。

3.其濃度範圍並未在本次實驗中得到很明確的數據，其衰減效果並未隨不同的濃度，而呈線性的變大或變小，這可能是因時間緊迫數據過少所以無法討論，所以並不清楚濃度的影響層面有多大，希望以後能以此為主題，並尋找出物質濃度對電磁波的影響。

（三）1.本次材料只對高頻電磁波有效，而對低頻磁場無效，完全無法衰減電磁波的強度。可能是因為高頻電磁波的波長與漆板能產生共振，導致能量消耗，而造成阻擋效果。然而低頻的波長與漆板無法產生共振，沒有消耗能量，造成阻隔無效的情況，可見防高頻的電磁波漆無法對低頻磁場造成阻隔的效果。

2.我們利用鐵板或網卻可發現低頻磁場明顯衰減，但本實驗以漆為主要討論對象，所以不列出結果。

捌、結論：

（一）在實驗結果方面

1.本實驗以簡單可DIY的方式，嘗試找出可加入油漆中衰減電磁波的物質，並探討這些物質及其濃度對抗電磁波的影響。然而出乎意料的是，一般認為抗電磁波較有效的金屬材料中的鐵與銅，衰減程度竟然沒有想像中來的有效，倒是非金屬的石墨、玻璃粉及口罩中的活性碳粉較為有效。另外，濃度的影響一般認為高濃度衰減效果應會比低濃度來的有效，但在本實驗中得知濃度之影響並不是絕對的關係。

2.很多人住在基地台旁邊擔心電磁波太強，如果覺得從德國進口可以阻擋電磁波的黑色油漆的產品非常昂貴，則可以考慮在油漆中加入本實驗認為有效的石墨、鋁、玻璃、活性碳等粉末並多塗幾層，不用去花費高價格買抗電磁波漆或抗電磁波器材，也具有防電磁波的功能。

3..本次材料只對高頻電磁波有效，而對低頻磁場完全無效，可見防高頻的電磁波漆無法對低頻磁場造成阻隔的效果，而如果想要衰減低頻磁場，應用其他方法，如金屬網，才具有防制效果。

（二）實驗中遇到的困難

1.電磁波發射器的功率一開始不太穩定，故要暖機一陣子再做測量。

2.有些粉末在水泥漆中不太容易攪拌均勻，甚至會把水份吸乾。

3.我們所使用的石墨粉均由石墨棒搗碎而成的，故在顆粒大小的篩選上可

能不太均勻。

4.有些木板並不是平的，有些許的彎曲，所以在距離的控制上，並不是非

常的精準，可能有些許的誤差。

5.由於本次實驗中所用的電磁波接收器為精密儀器，故沒有裸露的接收天

線，所以我們必須找到ㄧ個固定的角度來測量。

6.為了使實驗結果更加精準，減少繞射的可能，所以我們盡量的把木版靠

近發射器的發射口。

（三）未來研究方向及改進目標

1.本實驗是嘗試將各種不同材料加在油漆中來衰減電磁波，並探討這些物質及其濃度對抗電磁波的影響，希望可以嘗試更多種的材料，了解其衰減效果。

2.濃度範圍並未在本次實驗中得到很明確的數據，其衰減效果並未隨不同的濃度，而呈線性的變大或變小，這可能是因時間緊迫數據過少所以無法討論，所以並不清楚濃度的影響層面有多大，希望以後能以此為主題，並尋找出物質濃度對電磁波的影響。

3.討論如果將兩種不同材料混合後同時加入塗料中的效果。

4.找出最適合的材料及濃度投入市面。

（四）市售防電磁波的產品:有兩大類

1.第一類：反射型:這一種材料通常是良導體,一搬來說鋁板就可以阻絕電磁波的傳播,但阻絕的效過沒有百分之百的效率

2.第二類：吸波材;這種材料是利用吸收電磁波的方式來阻絕電磁波的反射作用,這種材料主要可以分為膠片和吸收泡棉以及漆類

捌、參考資料與其他：

1.資料來源：ttp://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1507111104774

2.愛上物理實驗（上）（下） 世茂出版集團

3.基礎物理 龍騰文化

4.奇摩知識家

5.台灣癌症基金會