本研究依據「導電混凝土的屏蔽效應」，使用鉛粉及碳纖維取代原有的鋇鐵氧體，並加大測量頻率幅度從30MHz~1.8GHz擴大至100KHz~8.5GHz，測試其對電磁波之屏蔽效益，了解鉛粉及碳纖維兩種材料添加在水泥材料內對電磁波屏蔽的影響，目的在研發同時具有水泥材料之優點且有良好屏蔽效益之材料，期望能加強甚至取代目前所使用的屏蔽材料。同時，嘗試使用對電磁波之屏蔽效益較好的配比來進行γ放射性核種實驗，了解鉛粉及碳纖維兩種材料對輻射屏蔽的影響。
研究結果顯示：對於頻率範圍100KHz~8.5GHz之電磁波，添加鉛粉與碳纖維皆能提升電磁波屏蔽效益，其中又以碳纖維提升效果較為顯著；碳纖維添加量越多屏蔽效益越高，且電磁波頻率越高屏蔽效益越高。添加鉛粉可以提升試體對於電磁波遮罩性能，但添加鉛粉對提升屏蔽效益沒有碳纖維來得顯著，同時鉛粉會影響水泥混凝土之力學強度、砂漿的耐久性等，添加量越多影響越嚴重。另外，藉由電阻率之測試，可以發現電磁波遮蔽效果與電阻率和頻率都有關係；電阻率越小之試體，電磁波遮蔽性能越高，同時，隨著頻率的增加其遮罩性能也會越高，試體中S1.0G10CF0.9表現效果較佳，對於電磁波屏蔽是顯著的。最後，對於輻射γ射線的遮蔽性能來說，添加碳纖維之試體並沒有顯著的影響，其輻射遮蔽效果幾乎同於一般混凝土。反而添加鉛粉之試體添加10%後的鉛粉輻射屏蔽的衰減係數較一般混凝土高出13%，試體中以S1.0 G10 Pb10表現效果較佳，對於γ射線的屏蔽是顯著的，可有效的阻擋γ射線並提升遮罩性能。

This study is focused on the improvement of the “Shielding Effectiveness of Conductive Concrete”. By using the lead powder and carbon fiber to replaced the barium ferrite. In addition, the frequency range to be considered has been increased from 30MHz ~ 1.8GHz to 100KHz ~ 8.5GHz. The shielding effectiveness of electromagnetic waves have been tested. The addition of the lead powder and carbon fiber into the concrete mixtures and the effects of electromagnetic shielding were observed. The research results shows that the new mixture has better shielding effectiveness. Different proportions have been tried for electromagnetic shielding for γ radionuclides shielding test. Study the impact of lead powder and carbon fiber for radiation shielding of the two materials.
The result shows that add lead powder and carbon fiber can enhance the electromagnetic shielding effectiveness in the frequency range from 100KHz ~ 8.5GHz. The most significant effect is to add the carbon fiber. As more amount of the carbon fiber has been added, the higher shielding effectiveness has been achieved.  Also, the higher the frequency, the higher the electromagnetic shielding effectiveness has been achieved. Add lead powder can improve the performance of the electromagnetic shielding, but adding lead powder without carbon fiber is more effective. At the same time lead powder will affect the mechanical strength of the concrete, durability, the more serious impact on the added amount. Further, with resistivity testing, the electromagnetic shielding effect was found that the resistivity and frequency are related. The smaller resistivity, the higher electromagnetic shielding performance, and with increasing frequency, the shielding performance will be higher. Finally, add the carbon fiber has no significant effect for γ rays radiation shielding, same as radiation shielding of general concrete. Instead, after the addition of 10% lead powder radiation shielding attenuation coefficient 13% higher than normal concrete. Lead powder for γ-ray shielding is phenomenal, can effectively block the γ-ray and improve performance.

目錄
符號說明	IV
目錄	V
圖目錄	VII
表目錄	XI
第一章	緒論	1
1-1 研究背景與動機	1
1-2 研究目的	3
1-3 研究方法	3
1-4 研究流程	4
1-5 研究內容	5
第二章	文獻回顧	6
2-1 電磁波概述	6
2-2 電磁干擾	12
2-3 輻射概述	16
2-4 電磁屏蔽性能研究	17
2-5 核輻射屏蔽性能研究	18
2-6 導電混凝土	20
第三章	基礎理論	24
3-1 電磁屏蔽理論	24
3-2 電磁波之屏蔽材料	30
第四章	試驗方法與步驟	34
4-1 試驗規劃	34
4-1-1 試驗之材料	34
4-1-2 試驗儀器及設備	40
4-2 實驗步驟	46
4-2-1 試體模具準備	46
4-2-2 試體製作	47
4-2-3 電磁波屏蔽效益量測	51
4-2-4 電磁波屏蔽效益分析	53
4-2-5 放射性核種實驗	56
第五章	電磁波屏蔽試驗結果與分析	59
5-1 本研究各試體之電磁波屏蔽效益	60
5-2 最佳配比中添加鉛粉與碳纖維對於電磁波屏蔽效益的影響	87
5-2-1 試體介於100KHz~1.00GHz結果與分析	87
5-2-2 試體介於1.00GHz~2.00GHz結果與分析	92
5-2-3 試體介於2.00GHz~8.5GHz結果與分析	94
5-3 試體之電阻率與電磁波屏蔽效益的關係	95
第六章	輻射屏蔽測試結果與分析	103
6-1 60Co輻射屏蔽性能測試結果與分析	103
第七章	結論與建議	107
7-1 結論	107
7-2 建議	108
參考文獻	109

 
圖目錄
圖1-1 研究流程圖	4
圖2-1 電磁波在真空中傳播模型圖	6
圖2-2 電磁波的波譜與性質	7
圖2-3 電磁干擾源作用於敏感設備的耦合途徑	14
圖2-4 不同輻射線之穿透能力和輻射屏蔽之考量	16
圖3-1 電磁波屏蔽測試示意圖	25
圖3-2 電磁波屏蔽機制示意圖	25
圖3-3 電磁波遮蔽材之分類	31
圖3-4 導電材與電阻係數之關係	32
圖3-5 縱橫比影響形成導電網路示意圖	33
圖4-1卜特蘭 I 型水泥	34
圖4-2 石墨粉末	35
圖4-3 鋼纖維	36
圖4-4 鉛粉	37
圖4-5 矽灰	38
圖4-6 細骨材(天然河砂)	39
圖4-7 碳纖維	40
圖4-8 水泥砂漿拌合機	41
圖4-9 壓克力模具	42
圖4-10 混凝土震動台	42
圖4-11 同軸導波管	43
圖4-12 網路分析儀	44
圖4-13 Agilent Advanced Design System	45
圖4-14 軟體模擬測試時的電路圖	45
圖4-15 待測試體尺寸圖	46
圖4-16 壓克力模具示意圖	47
圖4-17 本試驗之水泥砂漿試體	51
圖4-18 電磁波屏蔽量測示意圖	52
圖4-19 電磁波屏蔽量測流程圖	53
圖4-20 ADS操作流程1~3	54
圖4-21 ADS操作流程4~9	55
圖4-22 ADS操作流程10~12	55
圖4-23 清華大學的γ能譜分析系統	56
圖4-24 測量γ能譜分析系統的試體	57
圖4-25 測量γ能譜分析系統試體的側視圖	58
圖4-26 測量γ能譜分析系統試體的表面	58
圖5-1 S0.5G10Pb4之電磁屏蔽效益	61
圖5-2 S0.5G10CF0.3之電磁屏蔽效益	62
圖5-3 S0.5G15Pb4之電磁屏蔽效益	63
圖5-4 S0.5G15CF0.3之電磁屏蔽效益	64
圖5-5 S1.5G10Pb4之電磁屏蔽效益	65
圖5-6 S1.5G10CF0.3之電磁屏蔽效益	66
圖5-7 S1.5G20Pb4之電磁屏蔽效益	67
圖5-8 S1.5G20CF0.3之電磁屏蔽效益	68
圖5-9 S1.0G20Pb7之電磁屏蔽效益	69
圖5-10 S1.0G20CF0.6之電磁屏蔽效益	70
圖5-11 S1.0G10Pb10之電磁屏蔽效益	71
圖5-12 S1.0G10CF0.9之電磁屏蔽效益	72
圖5-13 S1.0G15Pb10之電磁屏蔽效益	73
圖5-14 S1.0G15CF0.9之電磁屏蔽效益	74
圖5-15 S1.5G15Pb10之電磁屏蔽效益	75
圖5-16 S1.5G15CF0.9之屏蔽效益	76
圖5-17 S0.5G20之電磁屏蔽效益	77
圖5-18 S1.5G15之電磁屏蔽效益	78
圖5-19 S0.5G10分別添加鉛粉與碳纖維	79
圖5-20 S0.5G15分別添加鉛粉與碳纖維	80
圖5-21 S1.5G10分別添加鉛粉與碳纖維	81
圖5-22 S1.5G20分別添加鉛粉與碳纖維	82
圖5-23 S1.0G20分別添加鉛粉與碳纖維	83
圖5-24 S1.0G10分別添加鉛粉與碳纖維	84
圖5-25 S1.0G15分別添加鉛粉與碳纖維	85
圖5-26 S1.5G15分別添加鉛粉與碳纖維	86
圖5-27 100KHz ~1.00GHz添加鉛粉屏蔽效果	87
圖5-28 100KHz~1.00GHz添加碳纖維屏蔽效果	89
圖5-29 0.9GHz時，添加碳纖維試體與前期研究之比較	90
圖5-30 0.9GHz時，添加鉛粉試體與前期研究之比較	91
圖5-31 1.8GHz時，添加碳纖維試體與前期研究之比較	92
圖5-32 1.8GHz時，添加鉛粉試體與前期研究之比較	93
圖5-33 2.00GHz~8.5GHz時，添加鉛粉與碳纖維之試體相互比較	94
圖5-34 電壓與電流量測圖	96
圖5-35 0.9GHz時，添加碳纖維試體的電阻率與屏蔽效益之關係	98
圖5-36 0.9GHz時，添加鉛粉試體的電阻率與屏蔽效益之關係	99
圖5-37 1.8GHz時，添加碳纖維試體的電阻率與屏蔽效益之關係	101
圖5-38 1.8GHz時，添加鉛粉試體的電阻率與屏蔽效益之關係	102
圖6-1 衰減率與比重關係圖	105
 
表目錄
表2-1 無線電頻帶與波段名稱	8
表2-2 各波段電波之傳播特性及用途	10
表2-3 各項設備產生電磁波頻段	11
表2-4 電磁干擾的頻率分類	13
表2-5 導電混凝土試體電阻值	23
表3-1 分貝與電磁波屏蔽效果值之關係	29
表4-1 矽灰成分	38
表4-2 鋼纖維、石墨、鉛粉、碳纖維及紅銅網之添加量	49
表4-3 本研究中使用之水泥砂漿試體最佳配比	49
表4-4 測量γ能譜分析系統的試體配比	57
表5-1 電磁波屏蔽試驗使用之配比	59
表5-2 100KHz~1.00GHz添加鉛粉屏蔽效益(SE)	88
表5-3 100KHz~1.00GHz添加碳纖維屏蔽效益(SE)	89
表5-4 0.9GHz時，添加碳纖維試體與前期研究之比較	90
表5-5 0.9GHz時，添加鉛粉試體與前期研究之比較	91
表5-6 1.8GHz時，添加碳纖維試體與前期研究之比較	93
表5-7 1.8GHz時，添加鉛粉試體與前期研究之比較	94
表5-8 2.00GHz~8.5GHz時，添加鉛粉與碳纖維之試體相互比較	95
表5-9 0.9GHz時，試體之電阻率與屏蔽效益數據	97
表5-10 1.8GHz時，試體之電阻率與屏蔽效益數據	100
表6-1 試體配比60Co輻射屏蔽實驗測試之結果	104
表6-2 砂漿輻射屏蔽性能	105

[1]中國大百科智慧藏，中國大百科出版，1993年出版。
[2]AEEA天文教育資訊網，2013年，http://aeea.nmns.edu.tw/aeea/glossary.html 
[3]維基百科電磁波譜，2013年http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E6%B3%A2%E8%AD%9C 
[4]嚴梓桓，竹炭複合水泥砂漿應用於電磁波遮蔽效益之研究，國立中山大學海洋環境及工程學系研究所碩士論文，2008 年。
[5]漫談輻射，張似瑮，行政院原子能委員會，2009年。
[6]張欽然，游離輻射，原子能委員會核能研究所，2011年
[7]李貴琪，牆面板材料之電磁波屏蔽效益之研究，中國文化大學材料科學與製造研究所碩士論文，2003 年。
[8]陳宏立，常用之工業機箱散熱網孔之型式與尺寸對於EMI/EMC 之效果與影響，大同大學機械工程研究所碩士論文，2006年。
[9]李宗哲，金屬複合奈米粒子於電磁波吸收之研究，國立成功大學化學工程學系博士論文，2007 年。
[10]司瓊、董發勤，摻短碳纖維和石墨混凝土的低頻電磁屏蔽性能，矽酸鹽學報，2005 年，第 33卷第7 期，p916~920。
[11]司瓊，建築混凝土/塗料及其複合體的電磁屏蔽性能研究，西南科技大學碩士論文，2006年。
[12]王普照、譚宏斌、馮小明、聶翔、耿強，摻合材石墨不銹鋼纖維對水泥基材料電磁屏蔽效能的影響研究，鑄造技術，2007 年 8 月，Vol.28，No.8，p1105~1108。
[13] 陸建兵，張樹鵬，伊海赫，費愛豔，雷東移，李東旭，鉛粉對防輻射砂漿水化性能和微觀結構與組成的影響，防輻射; 鉛粉;，2013 年，第 11 期(32)卷。
[14]許尚贏、李貴琪，加入鐵粉之混凝土對電磁脈衝屏蔽之研究，紡織期刊，第十五卷，第一期，2008 年。
[15]楊炫智，纖維加勁重質混凝土力學性質之研究，朝陽科技大學營建工程系碩士論文，2002 年。
[16]伍崇明，核工程抗強輻射屏蔽混凝土試驗研究，中南大學博士學位論文，2008 年。
[17]Tuan, C. Y. & Yehia, S., "Evaluation of Electrically Conductive Concrete Containing Carbon Products for Deicing", ACI Materials Journal, July-August 2004, pp. 287-293.
[18]Whittington, H.; McCarter, W.; and Forde, M. C., “The Conduction of Electricity through Concrete,” Magazine of Concrete Research,Vol. 33, No. 114, 1981, pp. 48-60.
[19] 方鄒昀，導電混凝土的電磁屏蔽效應，淡江大學土木工程學系碩士論文，2014年。
[20] Department of Electronic Engineering & Graduate Institute of Computer and Communication Engineering National Taipei University of Technology Sen Wang, NTUT EE Taipei 106, Taiwan, R.O.C.
[21]劉學智，放療室牆體防輻射遮罩砂漿技術研究，燕山大學，碩士論文，2014年。
[22] Bartoli L, Becherini F, Grazzi F, Zoppi M.Surface scattering efficiency of some common materials for  shielding  pulsed  neutron  scattering  instruments[J].  Nuclear  Instruments  and  Methods  in Physics Research Section A. 2009, 608(2), 360-362.
[23]陳守東 ,  陳敬超 .  鉛基核遮罩材料的研究現狀及發展前景展望 [J].  材料導報 ,  2011, 25(7):58-60+90.
[24]安駿,  吳海霞,  辛寅昌. 防高能輻射的樹脂/奈米鉛複合材料的製備及研究[J].  工程塑料應用, 2004, 32(12):14-17.
[25] Akanshu  Sharma,  Reddya  G  R.  Experimental  Investigations  on  Mechanical  and  Radiation Shielding Properties of Hybrid Lead-steel Fiber Reinforced Concrete [J]. Nuclear Engineering and Design, 2009, 239: 1180-1185.
[26] Creutz E, Downes K. Magnetite concrete for radiation shielding[J]. Journal of Applied Physics, 2004, 20(12): 1236-1240.
[27] Mortazavi  S  M  J,  Mosleh-Shirazi  M  A,  Maheri  M  R,  et  al.  Production  of  an  Economic High-density  Concrete  for  Shielding  Megavoltage  Radiotherapy  Rooms  and  Nuclear Reactors[J].International Journal of Radiation Research, 2007, 5(3):143-146.
[28]賴炴璇，電弧爐煙塵複合薄膜對電磁波屏蔽效益之研究，國立臺北科技大學資源工程研究所，碩士論文，2010年。
[29]Aaron P. Krause, “ELECTROMAGNETIC SHIELDING – METHODS FOR DEVELOPMENT AND EVALUATION”, University of Nebraska-Lincoln, 2012.