客户成就 | COXEM电镜助阵吸波材料研发（一）

天耀科技

2020/01/31 09:37

阅读：163

电磁波广泛存在于我们身边。其波长由大到小为无线电波、微波、红外线、可见光（红橙黄绿蓝靛紫）、紫外线、X射线、γ射线。无线电波波长通常用频率表示，其频率范围为300 KHz～30 GHz。

不同波段的电磁波在我们的生产生活中起着非常大的作用。下表是各个波段电磁波的主要应用领域。

在我们目前的通讯中，4G的频率和频段主要是：1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；5G的频率和频段频段主要是：3300-3400MHz、3400-3600MHz和4800-5000MHz。实际应用中，更有其它详细代码代表着不同的应用，比如：TD-LTE Band 41代表移动4G；WCDMA Band 1/2/5代表联通3G；TDS-CDMA band 34/39代表移动3G。

5G通讯是当前的科技热点之一：按照预期，5G的传输速率可达到4G的十倍（1Gb/s），这意味着，用5G传输一部1GB大小的高清电影只需要10秒！如此快速的传输速度，对科技和社会发展影响巨大。

然而随着科学技术的高速发展，电磁波的充分利用在给人们生活带来便利的同时，其辐射对环境的影响也日益增大。在机场，有航班因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。而我们日常通讯，也会受到各类信号影响，使用户难以接收到准确且清晰的信息。

因此，治理电磁污染，提高通讯信号信噪比，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料——吸波材料，已成为材料科学的一大课题。

吸波材料，是能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量，从而减少电磁波的干扰的一类材料，它可以将电磁波转换为热能或其它形式的能量，实现对入射电磁波的有效吸收，是克服以上电磁污染的一种有效手段。吸波材料在通讯中的应用，可提高信号的信噪比，是提高部分波段信号质量(灵敏度)的一个有效途径。

图1：CIP材料的SEM图像

羰基铁粉 (CIP: Carbonyl Iron Powder) 是一种常见的吸波材料，它是通过CO与铁在高温高压下反应，生成5羰基铁油状物，经低压分离以及退火防氧化等处理后得到的（上图1为CIP产品的SEM图）。CIP在微波频段具有磁导率较高、磁导率实部、虚部频散特性好的优点，在吸波材料领域有广泛的应用前景和潜力；但同时，CIP复介电常数大且频谱特性和低频吸收性能较差，不能较好的满足阻抗匹配条件，所以需要通过偶联剂等对CIP进行表面改性，来调节羰基铁粉的复介电常数和复磁导率的比例，来改善其阻抗匹配特性，从而提高吸波性能。而不同偶联剂的组合配比以及不同的处理条件，对CIP材料的综合性能，有着很大的影响。

南京邮电大学课题组，叶利君老师、谢国治老师等，研究了使用不同的复配偶联剂对CIP材料吸波性能的影响，并将成果发表在IEEE Transactions on Magnetics上，题为：Enhanced Microwave Absorption Properties of Absorbing Materials Induced by Complex Coupling Agents。

如上表所示，分别使用了四种不同的偶联剂组合，并选择合适的比例和球磨的加工方式对原本呈微球形（图1）的CIP样品进行处理。使用COXEM 台式电镜对所得样品的形貌进行观察，如下图abcd。

通过四幅SEM图可以看到，原本呈球形的CIP都成为了典型的薄片状，粒径分布相对较宽。图a是经过单一偶联剂处理过的样品，SEM图中，其薄片边缘较锐利，颗粒高度细化，且明显颗粒分散不均，存在团聚的现象；而经过复合偶联剂处理的bcd样品的颗粒大小和形貌与结果a有了明显不同：其中双重偶联剂处理的bc样品的颗粒细化程度明显降低，且薄片边缘有更加平滑的趋势。但是b样品的颗粒分布过于不均匀，c样品中出现了一定的颗粒团聚现象。而经过三重复合偶联剂处理的d样品，则在薄片边缘平滑的同时，粒径分布均匀，且无明显颗粒团聚。这种形貌对提高材料的Snoek极限，提高其磁导率及吸波性能，有着十分积极的作用。

经过Raman、XRD、振动磁强计等相关测试得到：经过复合偶联剂处理的CIP样品的吸波性能有所提高，其中三联偶联剂的提高作用十分明显：经三联偶联剂处理后的2mm厚的样品，在2 GHz附近频段的反射损耗可达 -15dB。吸波材料的性能优化，很大程度上与吸波材料的微观形态以及表面改性状态有关，而SEM是材料表面形貌以及结构成份检测的重要设备，相信SEM在吸波材料中的广泛应用可以为电子通讯行业的材料研究提供有力的支持！

参考文献

[1] Ye L , Xie G , Xie N , et al. Enhanced Microwave Absorption Properties of Absorbing Materials Induced by Complex Coupling Agents[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 2019, 55(2):1-5.

[2] 谢国治, 陈文俊, 王锰刚, 等. 一种中国移动4G全频段吸波材料，其制备方法及用途。

[3] 谢国治, 胡晶, 顾家新, 等. 基于蓝牙通信频段应用片状羰基铁粉吸波材料的制备方法。

[4] 羰基铁粉及其复合材料的电磁性能研究[D]. 南京航空航天大学, 2013.

[5] 周影影, 周万城, 罗发,等. 羰基铁粉吸波涂层的吸波原理及应用[J]. 材料导报, 2013, 27(13):122-126.

[6] http://www.360doc.com/content/18/0217/22/1649277_730473257.shtml

[7] https://baike.baidu.com/item/吸波材料/4939655?fr=aladdin

[8] http://www.sohu.com/a/160077110_455518

众志成城——抗击新型冠状病毒（病毒篇）

COXEM台式扫描电镜下的微观世界 ——陶瓷材料