碳纤维因其强度高、重量轻和刚性好的特点而广泛应用于航空航天、体育、赛车和海洋工业。随着复杂通信系统的技术进步，这种材料的使用将继续增长。为了解决材料系统和通信交织在一起的影响，必须研究碳纤维的电性能。表面上看，人们对碳纤维的电性能知之甚少。与当今使用的比较材料（凯夫拉或玻璃纤维）不同，碳纤维是电导体；这意味着它将携带电流或沿一个或多个方向流动。展望材料系统的未来，这一特性使碳纤维成为一个特殊的挑战，因为其基质具有非导电特性。复合材料的电性能通常由材料对电流的电阻率、屏蔽效能、衰减特性以及在给定层结构下电流的分散性来定义。

碳纤维与导电性

理解碳纤维和电磁波的影响的最重要特性之一是导电性。通常，电磁屏蔽与材料的导电性直接相关。含碳量为 90-100% 的碳纤维的电导率约为 106 S/m（西门子/米）。相比之下，银、铜或铝等金属的电导率为 (4-6) x 107 S/m。（明显更低）碳纤维复合材料被归类为各向异性，这意味着碳纤维层压板在施加到材料的不同方向时会承受不同的负载。电导率也是如此。碳纤维在与纤维方向平行的方向上导电性更好。然而，大多数复合结构是通过堆叠不同方向的层片来实现所需的物理负载要求。因此，碳纤维复合材料在平面内表现出高导电性，而在厚度方向上的导电性较低。

在碳纤维结构中，诸如飞机雷击等挑战是航空航天设计中的常见障碍。对于老式铝制飞机，雷击并不是一个常见问题。铝是高导电体，高压击中铝的表面，而不会影响乘客或电气设备。碳纤维飞机制造商必须围绕这一特点进行设计，以保证电气元件和乘客的安全，因为电荷会找到通过飞机电网阻力最小的路径。工业上对这一问题的补救措施是在组件中添加导电表面层，以保持电荷并接地到结构中的指定区域。通常称为雷击保护，在可能易受雷击影响的部件的铺层上添加铜网层。然后将这层铜网连接到结构的接地平面上。这提供了足够的保护，但增加了重量，这通常很小，可以围绕它进行设计。

正在进行的关于碳纤维电性能的研究正在推动导电树脂基质材料的想法，这些材料具有可比的强度特性。人们正在深入研究添加镍和铜涂层纤维，以了解可能对电性能和热导率的性能增强。在一项研究中，与未涂层纤维相比，镀镍碳纤维在层压板的纤维方向上显示出两倍的热导率。同样，与未涂层纤维相比，镀铜纤维的数据表明其数量增加了六倍。在纤维方向上，镀镍和镀铜纤维的电导率提高了 3 个数量级。涂层背后的科学表明，纤维本身周围的镀层材料更容易通过纤维的导电金属外壳进行接触。研究还指出，纤维体积是影响热性能和电性能的重要因素。纤维百分比越高，电导率越高。然而，这确实会降低机械性能，因为去除基质（树脂）材料在超过约 65% 的纤维周围会更加困难。然而，镀镍纤维的混合物显示出与未镀层层压板的弯曲性能相当的值。

虽然碳纤维本身可用于法拉第笼，但它的保护效果不如专门设计的具有更高导电性和更高屏蔽效果的“法拉第织物”。碳纤维将吸收和衰减 3 kHz 至 300 GHz 之间的射频辐射。虽然 CF 单独使用时可能不是最好的屏蔽，但可以将 CF 添加到信号阻挡层，例如将短碳纤维添加到导电基质（如混凝土）中。这已被证明可以提高材料的衰减水平。如果在笼的外壳上添加高导电性或屏蔽表面，提供导电和屏蔽外层，则碳纤维可用于增强法拉第结构。

当天线连接到碳纤维上时，碳纤维的导电性会对电子元件造成问题，从而造成射频干扰。在碳纤维结构周围设计元件时，请确保所需的天线在外面，并且无线电波可以看到。使用玻璃纤维或凯夫拉纤维进行设计不会带来同样的挑战，因为这些材料不导电，对无线电波实际上是透明的。然而，玻璃纤维和凯夫拉纤维都不具备碳纤维那样的刚性特性。

碳纤维和手机服务

碳纤维用作手机壳时会降低服务能力。碳纤维作为导体，在特定应用中已被证明可将手机服务中的射频降低 40-60%。虽然许多碳纤维手机壳看起来非常棒，但它并不是手机保护复合材料的最佳选择。然而，在手机壳中使用凯夫拉（芳纶）保护是一种更好的选择，因为凯夫拉不是电导体。凯夫拉具有与碳纤维相似的强度特性，并且由于不像碳纤维那样坚硬，因此可以更好地吸收能量。