一种基于银纤维材料的手机辐射防护装置的制作方法

本发明属于电磁辐射防护技术领域，具体涉及一种基于银纤维材料的手机辐射防护装置。

背景技术：

自手机出现以来，尤其是智能手机的问世，使手机的普及呈现快速上升趋势。据全球行动通讯系统协会(gsma)公布报告，2017年全球手机用户将破50亿，手机在人们日常生活中的重要性可见一斑。然而，有关手机辐射危害的争议也长期存在。尽管手机厂商一致声称手机是安全的，但并没有哪家厂商明确否认手机与健康之间的关联性。

本世纪初期，美国专家学者发起关于电磁辐射影响的大讨论，项目研究发现，来自手机的射频辐射会导致大鼠罹患某些类型癌症的几率上升，证明电磁辐射确实对人体的健康有一定的影响，从此国内外开始了关于电磁辐射的研究。

国际mprⅱ防辐射安全规定在50cm距离内必须小于等于25v/m的辐射暴露量，若是高于25v/m的辐射暴露量，那么人体就会受到电磁辐射的危害，于是开始有了防辐射的相关概念。世界卫生组织下属国际癌症研究所(iarc)表示，手机、无线设备、雷达、广播和电视发射装置所产生的射频电磁场可能会增加人类罹患脑胶质瘤的风险，把来自手机的电磁辐射归类为可能的致癌因素。从此，国外的防辐射服开始发展，甚至出现了一段时间的防辐射服热潮。

有相关研究发现：手机在浏览网页、播放视频、正常通话以及挂断瞬间状态下的电磁辐射基本都在安全范围以外，而在呼叫状态和通话瞬间状态下，手机产生的电磁辐射严重超标。有研究表明：长期使用手机者可能出现疲乏、恶心、听力下降、记忆力下降、情绪激动、入睡困难、食欲减退等症状。大功率的手机辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因。美国癌症治疗基金会对一此癌症病人进行抽样调查，结果表明在有电磁辐射的场所附近工作的人发病几率是正常人的24倍。目前，国际上电磁波屏蔽发展很快，我国在电磁屏蔽材料领域中相对滞后，开发应用的品种也较少，电磁屏蔽性能低，未形成产品的系列化和产业化。国外对金属化织物辐射屏蔽材料研究开展得较早，20世纪80年代就已工业化生产，如美国20matasolg、德国baymetex、荷兰devex以及日本高濑染工、东丽等公司。

随着纺织、化学和材料科技的不断发展，在前期金属丝和普通纱线混编织物、金属纤维和集体纤维混纺织物及化学镀层织物中又新增添了多种新型电磁辐射防护织物，包括导电高聚纤维、金属纤维、碳纤维等。国内外通过改进纺纱工艺提高生产技术，相继开发出了多种防护织物以适应市场需要。

但是国内外鲜有关于手机辐射屏蔽材料性能的研究，并未明确提出能够有效屏蔽手机辐射的材料，在屏蔽手机辐射的同时，手机信号是否会受到削弱进而影响其正常使用也有待考证。国内外的相关研究中也缺乏对不同材料屏蔽效果的对比，目前市面上的大部分在售手机防辐射装置，采用的材料千奇百怪，而真正能起到防辐射作用的少之又少，不良商家们更是靠着辐射防护的热度大肆吹嘘欺骗消费者。消费者往往无法分辨什么材料能真正起到屏蔽手机辐射的作用，什么防护装置是最可信的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于银纤维材料的手机辐射防护装置，通过测量并模拟手机辐射的空间分布，针对不同材料对手机辐射的防护作用,选择辐射防护效果好、成本较低的材料作为手机辐射防护装置的制作材料，设计一款不影响手机正常使用、轻便美观且拥有良好的防辐射效果的手机辐射防护装置。

本发明采用以下技术方案：

一种基于银纤维材料的手机辐射防护装置，包括长方形结构的本体，本体包括外层和内层，外层和内层之间设置有银纤维夹层，本体的顶部和底部分别设置有天线槽，天线槽设置在内层上。

具体的，银纤维夹层的厚度为0.8～1.0μm。

进一步的，银纤维夹层为矩形结构，采用直径0.8～1.0μm的银纤维制成，相互平行的银纤维间隔1～1.5mm设置。

更进一步的，采用化学镀银方式在尼龙纤维上形成镀层制成银纤维。

具体的，本体为手机袋或手机壳，手机壳采用液态硅胶材质制成。

更进一步的，手机袋的外层为绒布材质制成，手机袋的内层材质为人造丝织物材质制成。

具体的，本体的开口处设置有抽绳。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于银纤维材料的手机辐射防护装置，防辐射手机袋的外表面为绒布材质，吸湿性好，柔软耐磨、外观美观；内层材质为人造丝织物，且手感柔软、光滑，可以起到防静电和隔离作用，避免手机与银纤维直接接触产生磨损；夹层为银纤维，具有防电磁辐射、抗菌、导热性好等优点。

进一步的，银纤维直径选择0.8～1.0μm，银纤维层的厚度即单根厚度。这样可以降低辐射防护装置的厚度，减轻重量，便于携带。银纤维网络中平行的纤维之间的间距为1毫米既可以保证辐射防护功能的正常，又可以保证所用材料最节省，从而节约了成本。

进一步的，银纤维夹层采用的矩形结构可以全面贴附手机的外壳，达到较好的防辐射效果。另外在手机壳和手机套的设计中，都采用了银纤维作为夹层的结构，这样设计可以避免金属对手机外壳的直接接触，从而造成对手机的划伤，也会对银纤维材料造成磨损，降低防辐射效果。

综上所述，本发明采用内嵌银纤维结构，可以在不影响手机正常使用的情况下，降低手机的辐射水平，防止手机电磁辐射对人体的累积效应，且具有轻便、美观、经济等优点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为天然本底辐射示意图；

图2为手机正面本底示意图；

图3为手机触屏操作app正面辐射示意图；

图4为手机接听电话正面辐射示意图；

图5为手机播放在线视频正面辐射示意图；

图6为手机包覆银纤维正面本底辐射示意图；

图7为手机包覆银纤维接听电话正面辐射示意图；

图8为手机包覆碳纤维接听电话正面辐射示意图；

图9为手机包覆铁氧体接听电话正面辐射示意图；

图10为手机贴防辐射手机贴膜接听电话正面辐射示意图；

图11为手机分别佩戴两款辐射防护装置接听电话正面0cm处辐射示意图；

图12为手机分别佩戴两款辐射防护装置接听电话正面10cm处辐射示意图；

图13为本发明手机辐射防护装置俯视图；

图14为本发明手机辐射防护装置示意图；

图15为本发明手机辐射防护装置纵向剖面图；

图16为本发明手机辐射防护装置横向剖面图。

其中：1.外层；2.银纤维夹层；3.内层；4.抽绳；5.天线槽。

具体实施方式

请参阅图13和图14，本发明一种基于银纤维材料的手机辐射防护装置，为方形结构，形状与手机形状相似，尺寸比手机尺寸略大，能够将手机完整地包覆其中。

在手机辐射防护装置的开口处设置有抽绳4，可以方便对手机的收纳以及携带。

手机辐射防护装置的外层1为绒布，具有吸湿性好、柔软耐磨、外观美观等优点。

手机辐射防护装置的内层3材质为人造丝织物，具有光滑、手感柔软的特点，可以起到防静电和隔离银纤维的作用，避免手机直接接触银纤维产生磨损；

外层1和内层3之间设置有银纤维夹层2，具有防电磁辐射、抗菌、导热性好等优点。

通过实验证明，将手机置于手机辐射防护装置中，可以显著降低接通电话时的电磁辐射峰值，并且不影响正常的通话质量。

除此之外，银纤维夹层2可以有效通过重金属银对蛋白质的变性作用，达到杀菌的效果。且由于银纤维具有良好的导热性以及手机袋具有更大的表面积，这有利于手机的散热，从而使得手机辐射防护装置集多个功能于一身。

本体为手机袋或手机壳，手机袋的内层3采用人造丝织物材质制成，手机壳采用液态硅胶材质制成，具有质感滑润、有弹性的特点。内层和外层的厚度均为1毫米，防辐射手机壳总体厚度为2.08毫米，长和宽依据不同型号手机而定，以iphone6plus为例，手机壳的长度为160毫米，宽度为80毫米。

请参阅图15和图16，手机辐射防护装置的形状根据手机型号而定，使用液态硅胶按照手机的尺寸等比例制成，具有触感光滑，轻薄耐磨等优点。硅胶材料内嵌一层银纤维夹层2，银纤维夹层2独特的银色条纹，使得该防辐射手机壳的外观看起来时尚大方；分别在手机顶部、底部的天线处留出天线槽5以保证信号强度。通过银纤维夹层2与手机后盖的充分接触，可以更便捷地实现手机辐射防护。

在实际应用当中，本发明手机辐射防护装置可以完全包覆整个手机，而防辐射手机壳只能包覆手机的背面，因此手机辐射防护装置的效果略优于防辐射手机壳。通过实验验证，二者都可以大大降低手机辐射的峰值，使得通话时的手机辐射强度一直处于一个低强度的水平。

银纤维是将纯银结合在纤维表面的产物，而银是极好的电导体，相对电导率大，其电磁屏蔽效果以反射高频率电磁波为主。对于能量较高的高频电磁波，大部分被银纤维反射，而很少一部分被吸收，被吸收的部分在材料内部的多次反射过程中被耗散；对于少量的能量较低的低频电磁波，可以透过银纤维，进行手机信号的传输。这就解释了防辐射手机袋和手机壳，可以屏蔽能量高的手机辐射，使手机信号保持低频状态，从而保证正常通话。并且银作为重金属，通过于细菌蛋白质、核酸接触，发生反应使其变性，从而抑制细菌的生长和繁殖，对手机的卫生具有重要作用。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

手机在正常开机状态下，需要随时与基站保持联系，这种联系依靠发射和接收电磁波来完成，这就会使手机周围存在电磁辐射。在使用手机通话时，音频信号被转换为高频信号，然后由天线以电磁波的形式发射出去，此时手机附近的电磁辐射较未拨打电话时更为强烈。手机辐射具有以下一些显著特点：手机辐射场是辐射近场，随距离的增加快速衰退；在手机通话或待机状态下，其强度较小，一般都在有限值以内，但在电话接通瞬间，强度会突然增大，多至数十倍甚至上百倍；在基站信号越弱的地方，其辐射强度越大；手机辐射最大的地方一般在手机顶部，因为大部分手机在顶部内设天线以接受信号。

国际上通用的评价手机辐射对人体的影响的参量是比吸收率(sar)，定义为：给定密度的体积微元内质量微元所吸收的能量微元对时间的微分值，其实就是单位时间和单生物体质量所吸收的电磁能量，单位为w/kg。

由于手机多靠近头部工作，因此头部sar值成为评价这种影响的主要指标。sar值的测量比较复杂，通常采用人体组织等效模型，利用探头来测量受辐射人体内部实际场强值。一些情况下，如在制定辐射限值标准时，也可以通过实验室仿真或模型推导得出。关于手机对人体辐射的sar限值的规定，世界上还不完全统一。欧洲国家普遍采用的sar标准值是2.0w/kg，美国是1.6w/kg，而我国遵从世界卫生组织推荐的2.0w/kg。

测试头颅内部所吸收的电磁能量，当然不能把活人开瓢，只能制作一个跟头颅形状、密度、电介常数相当的标准人头模型，上述的标准对模型进行了规范化，以保证测量结果的一致性和可比性。标准中要求用糖盐为主的悬浮液来模拟头部的组织液，手机有贴脸和倾斜两种标准测试位置，对信号频率和功率、探头规格、测试程序等也都有着一整套的规范。

测量一个产品的sar是专业性极强的复杂过程，能有这个能力的科研机构并不多，要求必须有国家授予的检测资质。国外许多实验室多年的研究资料表明，sar与功率密度也没有换算关系，但在国外常常将两者比较，以期定性地说明问题，因此本发明做了人头部模型sar值的换算模型。

使用的的仪器测量单位为μw/cm²，假设人的头为直径20cm的球，密度约为1.2g/cm2，则能量通量率φ应满足公式(1)：

得到结果：

此结果为保守估计，因为仪器测量值为头部所接受辐射的最大值，头部其他部位的能量通量率φ都小于并且计算中使用的面积是最大截面积，实际的头部接收面积要小于计算中的面积。可以认为，当能量通量率满足时，手机辐射是安全的。因此需要设计实验测量不同使用情形下的手机电磁辐射通量值，以下简称辐射值。

在西安当地大气压，时间13:30，室温25.1℃的条件下，测量不同工况下的手机辐射值以及不同材料的辐射防护效果。辐射测量设备为：holadayhi-2200射频检测仪；测试手机有小米手机4、iphone7、华为荣耀9、魅蓝5s、华为mate9等市场上地主流手机；屏蔽材料选择银纤维、碳纤维、铁氧体、防辐射手机贴膜、手机防辐射贴等产品。

首先测量天然本底，得到周围环境的电磁辐射强度。选择一款手机，对其正常待机条件下的电磁辐射进行测量，得到手机的本底辐射。之后对手机进行接打电话、上网聊天、使用手机app等日常操作，并对手机的多个方位进行测量。重复上述过程，测量不同手机型号的相关数据，得到在不同工况下，各型号手机的电磁辐射随时间空间的变化。

通过对不同类型手机在不同使用过程中的电磁辐射剂量的测试，找出手机电磁辐射剂量最大的使用情景。通过分析对比和总结，设计一款具有针对性的可以有效防护手机电磁辐射的辐射防护装置。

一、手机电磁辐射剂量测试

以小米手机在不同使用过程中的电磁辐射剂量测试为例，说明实验过程。通过对比测试过程中涉及的所有手机类型在不同使用场景下的辐射剂量，总结出手机辐射剂量较大，超出安全限值的场景，以及不同手机的辐射剂量的强弱，为辐射防护装置的设计提供参考。

本底辐射

实验条件如前述，天然本底辐射如图1，天然本底辐射值随时间不断小幅波动，但基本维持在0.03μw/cm²。

小米手机辐射测试

实验过程保持手机呈开机状态，holadayhi-2200射频检测仪探头始终保持与手机显示屏平行，并位于显示屏正中央，根据不同工况的不同，探头和手机显示屏的距离也不同。

正面本底

正面本底即小米手机4在开机状态下，无任何操作时，检测仪探头位于显示屏正面时测得的本底辐射，实验发现正面和背面测得的辐射剂量值相同，故任选其一选择正面测得的数值作为本底。如图2，正面本底基本维持在0.07μw/cm²上下浮动。

正面触屏及操作app

请参阅图3，在10s时,手触屏幕，手机辐射值为0.1011μw/cm²；28s时打开bilibili手机客户端，手机辐射值为0.0984μw/cm²；49s时，视频开始播放，手机辐射值为0.0852μw/cm²，以上各情况的辐射值均小于可见电容屏在触屏操作时，电磁辐射值略微升高；视频加载时，电磁辐射值升高；播放视频时反而降低。所以，在日常的对手机进行正常触屏操作，打开app过程中，电磁辐射值在安全，可接受范围内，不会超过危险限值。

正面接电话

请参阅图4，在第25s时，手机收到来电提示，屏幕开始呈变亮状态，手机辐射值为5.86μw/cm²；在第81s时，接通电话，手机辐射值为0.187μw/cm²，以上各情况的辐射值均小于由此可见，在手机收到来电，但尚未接通时的十秒内，电磁辐射出现峰值。虽然在这十秒内辐射峰值并未超过32000μw/cm²的限值，但该峰值是手机在其他使用情景的辐射值的近30倍左右，其产生的累积效应也不容小觑，故该场景是重点防护场景。

正面播放在线视频

请参阅图5，在第4s时，触碰屏幕打开bilibili手机客户端，手机辐射值为0.0878μw/cm²，随后在线视频处于缓冲阶段，在第10s时在线视频开始播放，手机辐射值为0.2436μw/cm²，以上各情况的辐射值均小于由图可知观看在线视频过程中，在开始缓冲的一段时间内电磁辐射更高，之后便处于较低水平，辐射剂量均在安全范围内。

二、材料防护效果评估

选择了银纤维、碳纤维、铁氧体、手机防辐射贴膜等材料进行手机辐射防护效果实验。实验过程中用不同材料包覆手机，并拨打手机号码，在正面测量手机接听电话过程中手机辐射值的变化情况。以小米手机为例详细说明实验结果。

银纤维效果测试

在手机待机时，用银纤维包覆小米手机，得到的测试结果如图6所示，手机辐射值为0.03μw/cm²，低于手机的本底水平，接近自然本底。

使用包覆银纤维的小米手机接电话的电磁辐射变化如图7所示，包覆银纤维可以有效降低了峰值的大小。不包覆银纤维情况下手机辐射值的最高峰值为8.1μw/cm²，电磁辐射值高于本底的时长为40s；包覆银纤维时，手机电磁辐射峰值减小到0.37μw/cm²，电磁辐射量值高于本底的时长仅为2s，因此银纤维可以作为手机辐射防护材料。

碳纤维效果测试

碳纤维也可以有效降低电磁辐射强度，如图8所示，手机电磁辐射峰值大小为0.165μw/cm²，相比银纤维峰值更低，但辐射剂量数值高于本底的时间为8s，持续时间更长，而且接听电话也会有延迟的情况，最重要的是材料手感很差，用户体验不佳，并且价格昂贵，不适合做为手机防辐射材料。

铁氧体效果测试

铁氧体的测试结果如图9所示，接听电话之前，铁氧体能有效减弱一部分电磁辐射，使手机在未使用的状态下，辐射水平降低至天然本底以下。但电话接通后，铁氧体对电磁辐射的屏蔽作用较差，手机辐射水平较高，辐射峰值为5.7μw/cm²，高于本底辐射剂量时间为40s。加上铁氧体材料有一定厚度，硬度较硬，不便于随身携带，故铁氧体不适合作为防辐射材料。

防辐射手机膜

给手机正面贴上购买自某网上商店的标注具有防辐射功能的手机贴膜，测试手机辐射值，结果如图10所示。接通电话之前，防辐射手机膜能一定程度减小手机辐射，使手机未使用时的辐射水平稍低于天然本底。但接电话时，对手机辐射屏蔽效果更差。电磁辐射峰值为6.4μw/cm²，高于本底辐射剂量持续时间42s，相比其他材料效果不理想，几乎没有辐射防护作用，不适合作为辐射屏蔽材料。

不同型号手机在接听电话过程中辐射剂量峰值有无防护对比

对小米手机和苹果手机进行了在接听电话情景下，有无防护，以及不同材料的防护效果对比见表1。

表1不同材料对不同手机防护效果对比表

由表1可以看出，在无防护措施下苹果手机在接通电话过程中峰值相比于小米手机更高，而且电磁辐射剂量水平高于本底的时间更长。另外，对于银纤维、碳纤维和防辐射贴三种材料来说，对于手机辐射都有不同程度的屏蔽效果，相比来说，银纤维的防护效果最好，使用银纤维屏蔽电磁辐射时电磁辐射峰值更低，电磁辐射剂量小于本底水平的时间更短。

经过以上实验，结合防护效果、材料价格、用户体验、加工难易程度等诸多因素，选择银纤维作为手机辐射防护材料较为合适。用银纤维制成以下两种辐射防护装置：防辐射手机袋和防辐射手机壳，为了增强普适性，防止防辐射手机壳影响手机信号，在手机天线处留出部分空间，如图13、图16所示。

三、辐射防护装置测试

两款辐射防护装置的效果测试如图11和图12所示，由距离手机0cm和10cm处的测试结果可以得出，两款产品都可以大幅的降低峰值的大小，但不影响通话时的电磁辐射强度，实验中通话流畅。

四、手机防辐射防护装置设计

专利产品采用手机壳、手机袋内嵌银纤维的设计思路，其中银纤维以网络交织方式固定在手机袋夹层以及手机壳的内部形成屏蔽层，以起到电磁辐射防护作用。手机袋选用正反面全包覆银纤维的方式，银纤维形状大小应能包覆市面大部分手机型号；而手机壳选用反面半包覆银纤维的方式，银纤维的形状呈方形，大小根据不同手机型号等比例制作，并分别在手机顶部、底部的天线处留出空间以保证信号强度，增强其普适性。

手机袋的使用场景为人随身携带手机和休息过程中，手机需要放置在身体周围，甚至是距头部较近位置，由于手机在待机状态下的电磁辐射值也高于自然本底，因此将手机放入手机袋中可以降低手机待机状态的电磁辐射，减少其累积效应和对人体产生危害的可能。防辐射手机袋采用三层设计，在内外层中间嵌入银纤维，交叉布置形成网络。且内外两层夹层使用材质不同，外层材质为绒布面料，手感良好，耐磨损；内层材质为较为光滑的人造丝织物，可以起到防静电和隔离银纤维的作用，避免手机直接接触银纤维产生磨损。

手机壳的使用场景为接打电话，播放在线视频，玩游戏等非待机状态，手机壳在使用过程中，可以屏蔽手机背部的电磁辐射，大大降低手机电磁辐射水平，而且不影响手机的信号。手机壳采用液态硅胶材质，光滑有弹性，轻薄耐磨。在手机壳硅胶生产制作成型过程中嵌入银纤维，同样交叉排布形成网络，由于银纤维是嵌入到硅胶壳中的，因此手机壳在使用过程中对于手机不会产生划伤及磨损。

从选材上来看，经过对比多种辐射防护材料，本发明采用的银纤维材料的防辐射效果更好从设计上来看，本发明将银纤维作为夹层内嵌在内外夹层中，这样设计即保证了防辐射效果，又避免了对手机壳及自身的磨损。且银纤维采用交叉网络，单根单层，可以在保证防辐射效果的同时，较大程度的降低装置的厚度以及生产成本，经济实惠。从外观上看，本发明的手机壳和手机套由于银纤维内嵌，不会看到有金属丝外露影响美观，手机壳硅胶的材质，以及手机套的绒布面料进一步增加了手持的舒适程度。另外，本装置结合手机袋和手机壳对手机外壳及屏幕的保护作用，在手机日常使用，及摔落情况下，可以有效保护手机避免磨损和碰撞。

综上所述，本发明解决了手机在日常使用过程中，电磁辐射高，对人体可能存在潜在危害的问题，而且弥补了国内外关于手机辐射防护研究方面的空白。通过对比银纤维、碳纤维、铁氧体等多种材料的辐射防护效果，结合其价格，筛选出了合适的材料，制作手机辐射防护装置。制作的手机辐射防护装置防护效果良好，而且经济性高。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。