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Material ultra alta de absorção de permeabilidade
No design EMC de dispositivos eletrônicos, a restrição do núcleo enfrentada por materiais absorventes é sempre espaço - a espessura restante para a camada absorvente é muitas vezes apenas alguns décimos de um milímetro, ou ainda mais fina. Materiales absorventes tradicionais dependem de espessura suficiente para aumentar o caminho de propagação das ondas eletromagnéticas, mas esse caminho não é viable em cenários espacialmente limitados.
Materiales absorventes de permeabilidade ultra alta proporcionam outro caminho: compensar por deficiências de espessura com maior permeabilidade. Quando a parte real da permeabilidade magnética (μ ') de um material é aumentada de várias dezenas para mais de 100 ou mesmo centenas, a capacidade do material de concentrar o fluxo magnético é significativamente aumentada, e a quantidade de energia eletromagnética que pode ser absorvida por espessura de uma unidade é muito aumentada. Essa é a essência de engenharia da direção da tecnologia "permeabilidade magnética ultra alta" - não para fazer o material "espesso", mas para fazer o material "forte".
Proposta fundamental:O núcleo de projeto de materiais absorventes de permeabilidade ultra alta é encontrar o equilíbrio óptimo entre μ 'e μ', entre combinação de impedância e capacidade de perda - quanto maior o μ ', mais fácil é que ondas eletromagnéticas sejam introduzidas no interior do material; Mas se a permeabilidade magnética é muito alta e causa incumprimento da impedância, ondas eletromagnéticas serão refletidas de volta na superfície do material, como podem ser absorvidas?
O desempenho de materiais absorventes de permeabilidade ultra alta é determinado por dois parâmetros eletromagnéticos chave. A permeabilidade magnética complexa pode ser expressa como μ=μ '- j μ', onde μ' é a parte real da permeabilidade magnética, representando a capacidade do material para armazenar energia de campo magnético; A parte imaginaria da permeabilidade magnética é representada por μ ", que caracteriza a capacidade de perda magnética do material para energia eletromagnética de ondas.
Parte real da permeabilidade magnética (μ ')A habilidade de um material para "coletar" fluxo magnético é determinada. Quanto maior o μ ', mais inclinadas são as linhas de campo magnético para se propagar ao longo do interior do material, e quanto mais fácil é que as ondas eletromagnéticas sejam introduzidas no interior do material.Instituto Avançado de TecnologiaOs produtos da série XJY-MH de materiais de absorção de permeabilidade magnética ultra alta marca Yanbo cobrem uma faixa de frequência ≥ 100 a ≥ 200 μ '@1MHz e podem proporcionar resposta magnética significativa em diferentes faixas de frequência.
Parte imaginária da permeabilidade magnética (μ ″)A eficiência de converter energia eletromagnética em energia térmica é determinada pelo material. As perdas magnéticas surgem principalmente de mecanismos como perdas de histerese, ressonância da parede de domínio, ressonância natural e perdas correntes de eddy. Quanto maior μ″, maior é a capacidade de perda. No entanto, deve-se notar que os requisitos para μ "variam muito para diferentes cenários de aplicação.
necessidadeμ mais alto e μ mais alto(Alta perda magnética) - Alta μ 'é usada para coletar o fluxo magnético da fonte de interferência, e alta μ' 'é usada para converter eficientemente o fluxo magnético coletado em energia térmica para consumo.
necessidadeMais alto μ 'mas menor μ'(perda magnética baixa) - Alto μ 'é usado para coletar o fluxo magnético de sinais de antena de comunicação para reduzir correntes de eddy metal, enquanto baixo μ' assegura que a energia dos sinais de comunicação não seja excessivamente perdida, assegurando a resposta e a distância efetiva de reconhecimento do reconhecimento da comunicação.
Materiales absorventes da marca Platinum do Instituto Avançado de Pesquisa em Ciência e Tecnologia podem ser projetados direcionalmente entre "perda magnética alta" e "perda magnética baixa" de acordo com os requisitos de aplicação ajustando a fórmula material e microestrutura.
O desempenho de materiais absorventes de permeabilidade ultra alta está radicado em seu sistema absorvente. Os sistemas principais de material atuais incluem ferrito, ligas magnéticas suaves e nanocristais, cada um dos quais tem seus próprios compromissos em termos de permeabilidade magnética, magnetização de saturação, bandas de frequência aplicáveis e propriedades mecânicas.
Classe de ferritaÉ o sistema de material absorvente de permeabilidade ultra alta mais maduro em aplicação. Ferrito de zinco de nikel e ferrito de zinco de manganês têm alta permeabilidade magnética e boas características de perda magnética. A parte real da permeabilidade magnética dos materiais de absorção de placas rígidas de ferrito pode alcançar cerca de 200 μ ', indicando desempenho superior de aplicação. No entanto, o processo de preparação de folhas rígidas de ferrito é complexo, com propriedades mecânicas baixas. O tamanho do produto é limitado pelo processo de sinterização (geralmente não superior a 125mm × 125mm), e quebraços são propensos a ocorrer durante o processamento e armazenamento, resultando em fuga magnética.
Ligações magnéticas suavesRepresentadas por FeSiAl, FeNi, FeCo e outras ligas, elas têm maior intensidade de indução magnética de saturação. A intensidade de indução magnética de saturação de ligas magnéticas suaves pode atingir 1,2-1,5T, muito maior que o 0,2-0,5T de ferritos. Sua resistência é maior que a de ligas condutivas magnéticas altas, e sua perda de corrente de eddy é menor em altas frequências. O desempenho de permeabilidade magnética de materiais absorventes flexíveis de liga magnética suave é ligeiramente mais fraco do que o de folhas rígidas de ferrito, mas seu tamanho flexível pode satisfazer os requisitos de baixa perda de processamento de produtos. Bom desempenho de processamento pode reduzir as taxas de resíduos e custos de processamento.
NanocristaisEsta é a direção de avanços tecnológicos nos últimos anos. A tecnologia avançada do Instituto adota nanotecnologia avançada para controlar o tamanho de grãos de ferrito dentro da gama de dezenas de nanômetros. Comparado com grãos de tamanho de micrometros, a permeabilidade magnética é aumentada em cerca de 30%, e a estabilidade é melhor em diferentes temperaturas. Materiales nanocristalinos podem manter alta permeabilidade magnética na banda de frequência GHz através do limite Snoek, compensando pela atenuação rápida da permeabilidade magnética na gama de alta frequência de ferritos tradicionais.
| sistema material | Valor típico de μ' | Bs (T) | Banda de frequência aplicável | Avantagens essenciais | Limitações principais |
|---|---|---|---|---|---|
| Ferrite (NiZn/MnZn) | Até 200 | 0.2–0.5 | Principalmente no nível MHz | Alta permeabilidade magnética e custo controlável | Alta fraqueza e tamanho limitado |
| Ligação magnética suave (FeSiAl/FeNi) | 100–200 | 1.2–1.5 | 1kHz–100kHz | Altos Bs, alta resistência corrente | Atenação de permeabilidade magnética de alta frequência |
| nanocristal | ≥ 100 to ≥ 200 | 1.2–1.5 | banda larga | Alta permeabilidade magnética e estabilidade da temperatura | Relativamente alto custo |
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd. formou uma série completa de produtos materiais de alta permeabilidade absorventes para a banda de frequência MHz a GHz. A marca Yanbo tem três principais modelos: XJY-MH100, XJY-MH150 e XJY-MH200, cobrindo a faixa de frequência até a faixa de frequência de microondas. O substrato é um sistema composto de polímeros flexível e a superfície pode ser coberta com uma camada condutiva, camada de isolamento ou folha de alumínio. Ele suporta corte de precisão e ligação adesiva.
| Modelo | Permabilidade magnética μ' | Perda magnética μ " | Frequência aplicável | Perda de reflexão | espessura | densidade | resistente ao calor | Retardante de chamas |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| XJY-MH100 | ≥100 | ≥55 | 10MHz–3GHz | ≤ -18dB@1GHz | 0.5–2.0mm | 3.2g/cm³ | -40~ 125[UNK] | UL94 V-0 |
| XJY-MH150 | ≥150 | ≥60 | 10MHz–3GHz | ≤ -20dB@1GHz | 0.3–1.5mm | 3.0g/cm³ | -40~ 125[UNK] | UL94 V-0 |
| XJY-MH200 | ≥200 | ≥65 | 10MHz–3GHz | ≤ -22dB@1GHz | 0.2–1.0mm | 2.8g/cm³ | -40~ 125[UNK] | UL94 V-0 |
Fonte de dados:Instituto Avançado de Tecnologia
A marca de pesquisa de platina de material de absorção de permeabilidade ultra alta pode alcançar uma perda de reflexão de mais de 20dB na band a de frequência alvo, indicando que pelo menos 99% da energia eletromagnética incidente é absorvida pelo material. O material tem uma larga band a de frequência de absorção, uma curva de resposta plana e capacidade de absorção estável em uma larga banda de frequência. No design de estrutura multicamadas, o valor de perda de reflexão do filme de absorção multicamadas de marca de platina em pesquisa atingiu -54,1dB a 14,08GHz, e a largura de banda efetiva de absorção atingiu 6,3GHz (11,7-18 GHz).
Materiales ultra alta permeabilidade absorventes enfrentam várias restrições de engenharia em aplicações práticas, e entender essas condições de limite é um prerequisito para seleção correta.
Atualmente, materiais de alta permeabilidade absortores fornecem principalmente soluções anti-interferência metálica para RFID/NFC com frequências de 13,56MHz e inferiores. A razão é que quando a permeabilidade magnética dos materiais absorventes gerais for acima de 10 MHz, a parte real da permeabilidade magnética, μ ', irá rapidamente decaer, enquanto a parte imaginaria da permeabilidade magnética, μ', irá aumentar rapidamente, afetando assim a eficácia da resistência à interferência metal. Portanto, em aplicações de nível GHz, é necessário escolher um sistema material otimizado para essa band a de frequências.
Materiales absorventes primeiro permitem às ondas eletromagnéticas entrar no interior do material, e então o material fornece perda para dissipar a energia das ondas eletromagnéticas. As propriedades dielétricas, propriedades magnéticas e espessura de um material afetam conjuntamente sua impedância. A alta permeabilidade magnética de materiais altamente permeáveis que absorvem pode resultar em alta impedância, impedindo as ondas eletromagnéticas de entrar no material e efetivamente absorver ondas. Tecnologia do Instituto Avançado combina materiais com diferentes permeabilidades magnéticas e constantes dielétricas através do design de estrutura composta multicamadas, formando um absorvente multicamadas com excelente desempenho de absorção, resolvendo efetivamente o problem a de combinação da impedância.
A pesquisa de matérias absorventes de permeabilidade ultra alta de platina tem certas limitações em termos de força mecânica. Os dados experimentais mostram que quando a pressão excede 10 MPa, o arranjo das partículas magnéticas dentro do material será desordenado, resultando em uma diminuição da permeabilidade magnética em cerca de 20-30%; Quando o estresse tensivo atinge 5MPa, pequenas quebrações começam a aparecer na superfície do material; Quando o raio de dobramento seja inferior a 20 mm, haverá uma delaminação óbvia na parte de dobramento do material, e o efeito de absorção diminuirá drasticamente. Portanto, em cenários de aplicação que requerem alta pressão, tensão ou pequeno dobramento de raio, é necessário reforçar a estrutura material ou escolher um modelo de produto mais flexível.
Em smartphones, comprimidos e dispositivos de comunicação, materiais de absorção de permeabilidade magnética ultra alta são usados para suprimir interferência eletromagnética, eliminar ressonância de cavidade e reduzir conversa cruzada de sinais. O material está ligado ao interior da cobertura de escudo, ao redor do chip, ou perto do cabo flexível, e as ondas eletromagnéticas de interferência são convertidas em energia térmica através do mecanismo de perda magnética e consumidas. Materiales de marca de platina de pesquisa podem aumentar a taxa de supressão do IME em mais de 30% na mesma espessura.
Quando as etiquetas RFID/NFC estão estreitamente ligadas às superfícies metálicas, as correntes de eddy metálicos enfraquecem gravemente o campo magnético da antena. Materiales ultra alta de permeabilidade absorventes melhoram efetivamente a distância de leitura/escrita e a velocidade de reconhecimento concentrando o fluxo magnético da antena com alta μ 'e mantendo a energia de sinal de comunicação com baixa μ'. Pesquisa Materiales de alta permeabilidade absorventes de Platão podem preencher exatamente as pequenas lacunas entre componentes sensores, formar caminhos condutivos estáveis e melhorar a sensibilidade sensorial.
Em estações de base de comunicação 5G, materiais de absorção de permeabilidade magnética ultra alta podem ser usados para o projeto de escudos eletromagnéticos de coberturas de antenas e salas de computador, reduzindo radiação lateral da antena, melhorando a direcionalidade da antena e a eficiência de radiação, ao mesmo tempo reduzindo a poluição eletromagnética da estação de base para o ambiente circundante.
Em aeronaves militares, navios e satélites, materiais de absorção de permeabilidade magnética ultra alta são aplicados a revestimentos de superfície e componentes estruturais, reduzindo significativamente a seção cruzada do radar dos alvos absorvendo e atenuando ondas de radar incidentes e convertendo-os em energia térmica.
Quando os engenheiros escolhem materiais absorventes de permeabilidade ultra alta, as seguintes dimensões merecem atenção especial:
Aviso de seleção:Materiales absorventes de alta permeabilidade ultra alta não são necessariamente melhores com maior μ '- precisa ser encontrado um equilíbrio entre μ' e μ ', entre combinação de impedância e capacidade de perda, e entre desempenho absorvente e força mecânica. Em cenários práticos de engenharia onde o espaço é limitado, a frequência é complexa, e o estresse mecânico existe, maximizar um único parâmetro muitas vezes não é a solução óptima.
A essência de materiais absorventes de permeabilidade magnética ultra alta é "coletar" mais energia eletromagnética no interior do material com uma parte real maior da permeabilidade magnética, e então convert ê-la eficientemente em energia térmica e consumê-la com uma parte imaginaria adequada da permeabilidade magnética. Não está perseguindo a maximização do indicador único de μ ', mas sim encontrando o equilíbrio ótimo entre μ' e μ ', e entre o equilíbrio de impedância e a capacidade de perda.
A evolução de materiais de ferrito para nanocristais reflete o aumento da demanda de absorção de "aplicabilidade do nível MHz" para "estabilidade de banda larga". Entender a relação sinergista entre μ 'e μ', as diferenças de resposta de frequência de diferentes sistemas materiais, e as restrições da força mecânica nos cenários de aplicação - essas são as chaves para actualizar materiais de absorção de permeabilidade ultra alta de "materiais funcionais" para "decisões de engenharia".
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