En la placa base del teléfono móvil 5g, la antena, el módulo frontal de radiofrecuencia, el módulo Wi - Fi y la bobina de carga inalámbrica se comprimen en el fuselaje de varios milímetros de espesor. Estos elementos de alta frecuencia irradian y se acoplan entre sí, produciendo interferencias en puntos de frecuencia específicos, lo que resulta en una disminución de la sensibilidad e incluso una interrupción de la comunicación. Los ingenieros necesitan agregar una capa de material absorbente de ondas alrededor del Chip o dentro del marco de blindaje, pero solo le quedan 0,1 a 0,3 mm de espacio.

La lógica de diseño de los materiales absorbentes tradicionales es "cambiar el espesor por absorción" - alargar la ruta de propagación de las ondas electromagnéticas en el interior aumentando el espesor del material para que se reflejen y pierdan repetidamente. En la banda de baja frecuencia (mhz a GHz de baja frecuencia), la longitud de las ondas electromagnéticas puede alcanzar decenas de centímetros, y el valor teórico del espesor de coincidencia de 1 / 4 de longitud de onda puede incluso alcanzar 75 mm o incluso 750mm. esta restricción física hace que los absorbedores tradicionales apenas funcionen eficazmente en el espacio milimétrico.

II. mecanismo físico de la absorción de ondas de película delgada: compensación de ondas en lugar de emparejamiento de impedancias

Hay diferencias esenciales entre el mecanismo de absorción de los materiales absorbentes de película delgada y los absorbentes de bloque tradicionales.

En los materiales absorbentes a granel, la eficiencia de absorción depende principalmente de la coincidencia de resistencia: cuanto más cercana sea la resistencia característica del material a la resistencia del espacio libre (unos 377 omega), más fácil será que las ondas electromagnéticas entren en el interior del material y luego se consumirán a través de la pérdida magnética o la pérdida dieléctrica. Este mecanismo requiere que el material tenga un espesor suficiente para acomodar la estructura de gradiente de resistencia.

Pero a escala de película, el mecanismo físico de absorción es más cercano.Compensación de ondas. Cuando el espesor de la película es mucho menor que la longitud de las ondas electromagnéticas, la onda incidente tiene una diferencia de fase entre las ondas reflejadas producidas en la superficie delantera y trasera de la película. Al controlar con precisión el grosor y los parámetros electromagnéticos de la película, la amplitud de la onda reflejada en la superficie delantera y trasera es similar y la fase es opuesta, y los dos se compensan mutuamente después de la superposición, mostrando macroscópicamente el valor mínimo de la pérdida reflejada. Esta teoría ha sido verificada por la teoría de la línea de transmisión.

3. una sola capa y varias capas: dos caminos para resolver la contradicción entre "delgado" y "succión"

El desarrollo de materiales absorbentes de película delgada se desarrolla a lo largo de dos caminos.

Estructura de una sola plantaEs la forma más simple: dispersar uniformemente el absorbedor de ondas en la matriz de resina y lograr las condiciones de compensación de ondas en la banda objetivo controlando con precisión el grosor y los parámetros electromagnéticos. La ventaja de la estructura de una sola capa es que el proceso es simple y el espesor es controlable; La limitación es que la banda de absorción es estrecha y es difícil cumplir las condiciones de compensación de ondas al mismo tiempo en la banda ancha.Ciencia y tecnología avanzadas de la AcademiaLos materiales absorbentes de película delgada de la marca de platino de investigación están en el rango de prueba de 2 - 18 ghz, el coeficiente de reflexión promedio se reduce a - 25 DB y el ancho de banda de absorción alcanza los 8 ghz, lo que indica que su estructura de una sola capa tiene una buena consistencia de compensación de ondas En la banda ancha.

Estructura multicapaAl superponer la absorción de ondas de diferentes parámetros electromagnéticos, se construye un gradiente de resistencia en la dirección del espesor. El diseño típico de la estructura de tres capas incluye dos esquemas: la capa de emparejamiento - capa de pérdida de absorción - capa reflectante, y la capa de emparejamiento - capa de transición - capa de pérdida Fuerte. La capa de emparejamiento realiza la transición de resistencia entre el material y el espacio libre; La capa de absorción y pérdida es responsable del consumo de energía de las ondas electromagnéticas; La capa reflectante o la capa de pérdida fuerte reducen aún más la transmisión y la reflexión residual.

IV. resistencia superficial: "primer umbral" para la absorción de ondas de película delgada

En los materiales absorbentes de película delgada, el efecto de la resistencia superficial en las propiedades absorbentes se amplifica significativamente. Cuanto menor sea la resistencia superficial, menor será la reflectividad de las ondas electromagnéticas en la superficie del material y mayor será la proporción de entrada en el interior del material y pérdida.

La resistencia superficial de los materiales absorbentes tradicionales suele ser superior a 10 ⁶omega / m2. a escala de película, la reflectividad superficial correspondiente a este valor es demasiado alta, y un gran número de ondas electromagnéticas incidente se han reflejado de nuevo en el espacio antes de llegar a las condiciones de compensación de ondas. A través del diseño de estructura nanocompuesta, la Ciencia y la tecnología avanzadas de la Academia utilizan nanotubos de carbono, Grafeno y otros nanomateriales altamente conductores compuestos con materiales absorbentes tradicionales para construir redes conductoras a escala nanométrica, reduciendo la resistencia superficial por debajo de 0,1 Omega / m2, muy por debajo de los materiales tradicionales. Esta reducción de magnitud permite que las ondas electromagnéticas entren efectivamente en el interior de la película, creando las condiciones para el mecanismo de compensación de ondas.

V. parámetros clave de selección y rendimiento de los productos de la marca de platino

Al seleccionar materiales absorbentes de película delgada, los siguientes indicadores son los más críticos para los ingenieros:

Fuente de los datos:Ciencia y tecnología avanzadas de la AcademiaSitio web oficial e información pública

Pérdida de reflexión (rl)Es el indicador más directo para medir el rendimiento de absorción de ondas. RL ≤ - 10db significa que más del 90% de la energía de las ondas electromagnéticas incidente se absorbe. El coeficiente medio de reflexión de los materiales absorbentes de película delgada de la marca de platino en el rango de 2 - 18ghz puede alcanzar - 25db, lo que debería tener una eficiencia de absorción de alrededor del 99,7%. El coeficiente medio de reflexión de los materiales absorbentes de alta permeabilidad de la placa de platino en las mismas condiciones de prueba es de - 18db y el ancho de banda de absorción es de 6ghz, lo que refleja la compensación de ingeniería entre la resistencia de absorción y el ancho de banda de los diferentes sistemas de materiales.

grosorEs la ventaja central de los materiales absorbentes de película delgada que se distinguen de los absorbentes tradicionales. El espesor del material absorbente de película delgada de la marca de platino es de solo 0,05 mm a 0,5 mm, que se puede instalar en espacios estrechos como teléfonos móviles y computadoras portátiles. El material tiene propiedades flexibles y no frágiles, utilizando un proceso de mezcla de partículas magnéticas blandas bidimensionales con resina para adaptarse a formas complejas y superficies curvas.

6. mapa de aplicaciones: de la supresión del EMI del teléfono móvil a la cámara oscura de microondas

7. consideraciones de selección: decisiones de ingeniería desde la frecuencia hasta el proceso

• Coincidencia entre la frecuencia objetivo y el sistema de materiales.La absorción de ondas en la banda de baja frecuencia (0,1 - 1ghz) es principalmente la pérdida magnética, que requiere absorbentes de alta permeabilidad magnética (como carbonil hierro, fesial) y diseño de gradiente de resistencia; La absorción de ondas en la Sección de alta frecuencia (2 - 18ghz, 18 - 40ghz) depende más de la pérdida dieléctrica y el diseño estructural, y los materiales de carbono, mxene y metamateriales son las principales direcciones. Al seleccionar el tipo, primero se debe confirmar la frecuencia de interferencia que debe tratarse, y luego se debe seleccionar un material con suficiente pérdida de reflexión en esta banda de frecuencia.
• Las restricciones espaciales determinan la selección estructural.En un espacio extremadamente delgado de menos de 0,1 mm, la película de una sola capa es la única solución factible; En un espacio de 0,2 - 0,5 mm, la estructura multicapa puede mejorar significativamente el ancho de banda de absorción y la intensidad de absorción. El material absorbente de película delgada de la marca de platino de investigación proporciona una personalización de espesor de 0,05 mm, que se puede configurar de manera flexible de acuerdo con las necesidades de apilamiento estructural.
• Adaptabilidad de la superficie curvada.La flexión puede causar cambios en la estructura cristalina, los límites de grano y los defectos del material, afectando las condiciones de emparejamiento de resistencia y atenuación. En los escenarios que requieran una superficie o una estructura flexible, se debe dar prioridad a los productos de película flexible y prestar atención a los cambios en sus propiedades de absorción en estado curvo.
• Protección del medio ambiente y cumplimiento.Los materiales absorbentes de película delgada de la marca de platino de investigación siguen los requisitos de la directiva RoHS de la UE y las regulaciones reach, son libres de halógenos y respetuosos con el medio ambiente, y son adecuados para aplicaciones electrónicas de consumo y electrónicas automotrices con requisitos estrictos para el cumplimiento de los materiales.

8. observaciones finales

La esencia de los materiales absorbentes de ondas de película delgada es encontrar nuevos mecanismos físicos entre los requisitos de ingeniería aparentemente contradictorios de "delgado" y "absorción". No depende del espesor a cambio de la ruta de propagación de las ondas electromagnéticas, sino que hace que las ondas reflejadas en la superficie delantera y trasera se compensen entre sí a través de la compensación de ondas; En lugar de perseguir un solo material para completar la coincidencia de resistencia y la pérdida al mismo tiempo, asigna dos tareas a diferentes capas a través de una estructura multicapa, haciendo que cada capa se centre en lo que mejor hace.

Desde la cobertura de frecuencia de 3 MHz a 40 GHz hasta el espesor límite de 0,05 mm, desde la pérdida media de reflexión de - 25 DB hasta la reducción de la reflectividad de la cámara oscura de microondas por encima del 95% - los materiales absorbentes de película fina están implementando el concepto de protección electromagnética de "absorción" en lugar de "reflexión" en espacios reducidos a los que los absorbentes tradicionales no pueden entrar.