用于吸收GHz频段电磁波的粒子和包含其的电磁波吸收体的制作方法

用于吸收ghz频段电磁波的粒子和包含其的电磁波吸收体
技术领域
1.本发明涉及一种用于吸收ghz频段的电磁波的粒子和包含所述粒子的电磁波吸收体。更具体地，本发明涉及一种能够通过利用由自旋振荡引起的磁损耗机制来吸收ghz频段的电磁波的电磁波吸收粒子，以及一种包含所述粒子的电磁波吸收体。


背景技术：

2.车辆包括许多电气元件，而电气元件引起电磁波干扰的问题。
3.因此，在最新的车辆中，布置在产生电磁波的电气元件周围的车辆部件或需要被保护以免受电磁波影响的车辆部件由能够屏蔽车辆部件免受电磁波影响的材料制成。
4.屏蔽车辆部件免受电磁波影响的常规技术因反射电磁波而不利地影响其它车辆部件。
5.本发明是从以下思路构思的：吸收电磁波而不是反射电磁波，可以保护许多车辆部件不受电磁波影响而且不会造成不利影响。
6.此外，随着对自动驾驶车辆的兴趣日益浓厚，诸如5g通信和雷达技术的无线电通信技术近来已应用于自动驾驶车辆。在技术领域中，所使用的电磁波的频段已经增大到数ghz至数十ghz。
7.因此，有必要开发能够吸收数ghz至数十ghz频段的电磁波的材料。
8.常规地，利用导电机制的电磁波吸收技术已经应用于车辆部件。具体地，将碳基(石墨、炭黑、碳纳米管、碳纤维等)粒子和金属基粒子与聚合物树脂共混，以制备用于数十ghz频段的电磁波的电磁波吸收体。
9.但是，由于这些车辆部件利用介电或导电损耗机制来吸收电磁波，因此对吸收能力的提高有限制。而且，由于反射波有可能引起散射，因此不可能消除电磁波。
10.此外，作为使用磁性粉末的吸收体，已经开发了使用mn-zn类铁氧体或ni-zn类铁氧体的电磁波吸收体。然而，这些吸收体在吸收数十ghz频段的电磁波方面因丧失磁导率而无效。亦即，常规吸收体对应于ghz频段电磁波的磁导率减小到约在真空中测量的相对磁导率。
11.上文仅仅旨在帮助理解本发明的背景，而并非旨在意指本发明落入本领域技术人员已经公知的现有技术的范围内。


技术实现要素：

12.本发明致力于解决相关技术中出现的问题，本发明的一个目的是提供一种能够通过利用由自旋振荡引起的磁损耗机制来吸收ghz频段的电磁波的电磁波吸收粒子、以及包含所述粒子的电磁波吸收体。
13.根据本发明的一个实施方案，用于吸收ghz频段电磁波的电磁波吸收粒子具有由分子式1表示的组成并且包含m型六角铁氧体作为主相，
14.[分子式1]
[0015]
sr
1-xrx
fe
y-2zm2z
oa[0016]
其中r为选自ba、ca和la中的一种或更多种物质；m为选自co、ti和zr中的一种或更多种物质；0《x≤0.8；8≤y≤14；0《z≤1.5；并且a等于19。
[0017]
电磁波吸收粒子具有由分子式2表示的组成，
[0018]
[分子式2]
[0019]
sr
1-xrx
fe
y-2z
coztizo
19
[0020]
其中r为选自ba、ca和la中的一种或更多种物质；0《x≤0.8；8≤y≤14；并且0《z≤1.5。
[0021]
当z的值为1.2时，电磁波吸收粒子可以吸收8ghz至15ghz频段的电磁波。
[0022]
在电磁波吸收粒子的组成中，x可以具有0.094至0.15的值。
[0023]
根据本发明的一个实施方案，一种电磁波吸收体包含：聚合物树脂；以及电磁波吸收粒子，其用于吸收ghz频段的电磁波。电磁波吸收粒子具有由分子式1表示的组成，并且包含m型六角铁氧体作为主相，
[0024]
[分子式1]
[0025]
sr
1-xrx
fe
y-2zm2z
oa[0026]
其中r为选自ba、ca和la中的一种或更多种物质；m为选自co、ti和zr中的一种或更多种物质；0《x≤0.8；8≤y≤14；0《z≤1.5；并且a等于19。
[0027]
电磁波吸收粒子具有由分子式2表示的组成，
[0028]
[分子式2]
[0029]
sr
1-xrx
fe
y-2z
coztizo
19
[0030]
其中r为选自ba、ca和la中的一种或更多种物质；0《x≤0.8；8≤y≤14；并且0《z≤1.5。
[0031]
电磁波吸收体可以进一步包含介电常数调节剂。
[0032]
介电常数调节剂可以是石墨。
[0033]
以电磁波吸收粒子的100重量％计，包含的介电常数调节剂的比例可以为5重量％。
[0034]
电磁波吸收体可以吸收24ghz频段的电磁波。
[0035]
根据本发明的实施方案，m型六角铁氧体用作吸收粒子。因为由m型六角铁氧体的高晶体磁各向异性引起ghz频段的高铁磁共振，所以可以通过利用由自旋振荡引起的磁损耗机制(磁导率的虚部增大)来吸收数十ghz频段的电磁波。
[0036]
此外，可以通过向包含电磁波吸收粒子(其中m型六角铁氧体形成为主相)的吸收体添加介电常数调节剂来期待吸收预期频段的电磁波的效果。
附图说明
[0037]
通过以下结合附图进行的详细描述将更为清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，其中：
[0038]
图1示出根据在分子式1表示的组成中sr和la的各自含量的磁导率变化的图；
[0039]
图2a示出根据石墨含量的介电常数值的实部变化的图；
[0040]
图2b示出根据石墨含量的介电常数值的虚部变化的图；
[0041]
图2c示出根据石墨含量的磁导率值的实部变化的图；
[0042]
图2d示出根据石墨含量的磁导率值的虚部变化的图；
[0043]
图3a示出根据石墨含量的介电常数值的实部变化的图；
[0044]
图3b示出根据石墨含量的介电常数值的虚部变化的图；以及
[0045]
图3c示出根据石墨含量的反射损耗的值变化的图。
具体实施方式
[0046]
在下文，将参考附图来详细地描述本发明的示例性实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应解释为限于在本文陈述的实施方案。相反，提供这些实施方案以使得本发明完整和充分，并且将本发明的构思完全传达给本领域技术人员。
[0047]
根据本发明的一个实施方案，用于吸收ghz频段电磁波的电磁波吸收体通过使形成有m型六角铁氧体作为主相的吸收粒子与聚合物树脂共混来制得。
[0048]
此外，电磁波吸收体可以进一步包括能够调节介电常数的介电常数调节剂。
[0049]
吸收粒子具有由分子式1表示的组成。
[0050]
[分子式1]
[0051]
sr
1-xrx
fe
y-2zm2z
oa[0052]
其中r为选自ba、ca和la中的一种或更多种物质；m为选自co、ti和zr中的一种或更多种物质；0《x≤0.8；8≤y≤14；0《z≤1.5；并且a等于19。
[0053]
在这种情况下，r主要包含选自ba、ca和la中的一种或更多种物质，并且任选地包含稀土元素作为sr的替代物。
[0054]
m是可以代替fe的潜在金属，y-2z的值表示维持作为主相的六方密堆积状态的fe含量并且是在8≤y≤14的范围中，z是在0《z≤1.5的范围中。
[0055]
表示氧含量的“a”的值是维持六方密堆积状态的重要因子，优选“a”维持为约19的值。
[0056]
另一方面，吸收粒子用m表示，并且选自co和ti。吸收粒子的组成由分子式2表示。
[0057]
[分子式2]
[0058]
sr
1-xrx
fe
y-2z
coztizo
19
[0059]
通过这种组成，可以吸收视为高频的在数ghz至数十ghz波段中的预期频段的电磁波。例如，在3至30千兆赫(ghz)范围内的无线电频率被称为超高频(shf)，而且这样的波段被称为厘米波段或厘米波。30至300千兆赫(ghz)电磁波谱中的无线电频率被认为是极高频(ehf)，而且这样的波段被称为毫米波段或毫米波。
[0060]
接下来，将描述推导分子式1的过程。
[0061]
首先，根据斯诺克定律(snoek's law)来获得与吸收率最大的频率相对应的磁共振频率。
[0062]
[斯诺克定律]
[0063][0064]
在此，μs：磁导率，γ：旋磁比(gyromagnetic ratio)，ms：饱和磁化强度，fr：磁共振频率。
[0065]
由于材料的磁旋比(magnetic rotation ratio)是取决于材料性质的常量，所以根据饱和值ms和(μ
s-1)的值确定磁共振频率fr。
[0066]
因此，在分子式1中，x的值固定为0.094，y的值固定为11，并且在z的值变化时通过bh曲线测得ms和μs的值。
[0067]
此外，通过利用斯诺克定律来获得使每个样品的电磁波吸收率最大化的磁共振频率fr。结果如表1所示。
[0068]
[表1]
[0069][0070]
在表1中，当z的值在0＜z≤1.5的范围中时，可确定fr(磁共振频率)的计算值在数ghz至数十ghz的范围中。
[0071]
例如，为了使磁共振频率fr的值为24ghz，在z＝1时(μ
s-1)的值最接近。利用斯诺克定律从理论上计算的(μ
s-1)的值产生24ghz的fr值时，(μ
s-1)的值为0.128。
[0072]
制备具有上述组成的几个样品。在样品中，z固定为1的值，而sr和la的含量有变化。对样品进行测试以寻求表现出约0.128作为(μ
s-1)的值的样品，并且测试结果示于图1中。
[0073]
如从图1中可以看出，当la的含量增加时，μs的值逐步减小。可确定，当x＝0.15时，(μ
s-1)的理论值为0.128，其产生24ghz作为磁共振频率fr的值。亦即，当x＝0.15时，μs的理论值变为1.128。在这种情况下，μs是指在一定区域内的磁导率值的实部，在该区域中磁导率值的实部几乎不随频率变化。
[0074]
因此，可确定通过具有sr
0.85
la
0.15
fe9co
1.0
ti
1.0o19
的组成的电磁波吸收粒子，获得了在24ghz的频率下基于铁磁共振的吸收效果。
[0075]
基于该观察，当x为0.094并且z为1.2时，电磁波吸收粒子表现出对8ghz至15ghz频段的电磁波的最高吸收性能。
[0076]
此外，当x为0.094并且z为1时，电磁波吸收粒子表现出对7ghz频段的电磁波的最高吸收性能。
[0077]
接下来，为了使混合有电磁波吸收粒子和聚合物树脂的电磁波吸收体的阻抗匹配，控制电磁波吸收体的介电常数。
[0078]
在本实施方案中，将石墨作为介电常数调节剂添加到电磁波吸收体中，以控制吸收体的介电常数。
[0079]
用具有sr
0.85
la
0.15
fe9co
1.0
ti
1.0o19
的组成的粒子来制备吸收体，并且对石墨含量不
同的每种吸收体的磁导率和介电常数进行测量。
[0080]
图2a示出根据石墨混合比的介电常数值的实部变化的图，图2b示出根据石墨混合比的介电常数值的虚部变化的图，图2c示出根据石墨混合比的磁导率值的实部变化的图，并且图2d示出根据石墨混合比的磁导率值的虚部变化的图。
[0081]
如从图2a至图2d中可以看出，当石墨的混合比变化时，磁导率相当稳定，但是介电常数改变。
[0082]
特别地，可以从图2a和图2b推导出ε
′
＝7.0的点和ε
″
＝0.2至0.5的点与频率为24ghz的点匹配。
[0083]
因此，可确定当向吸收体添加适量的石墨时，可以在不改变吸收体的磁导率的情况下调节吸收体的介电常数。
[0084]
另一方面，可注意，吸收粒子的磁共振频率fr与电磁波的频率相同并不能保证吸收粒子在磁共振频率fr下能够很好地吸收电磁波。为此，必须使真空中的阻抗与吸收体的阻抗相匹配。
[0085]
真空中的阻抗zo和吸收粒子的阻抗z
in
可以通过以下关系表达式算出。
[0086]
[关系表达式]
[0087][0088]
因此，为了使真空中的阻抗zo与吸收粒子的阻抗z
in
相匹配，需要将z
in
/zo的值调节为约1。以这种方式，可以获得对预期频段的电磁波表现出最高吸收率的电磁波吸收体。
[0089]
从上述关系表达式可以推断出，在不改变磁导率的条件下，z
in
/zo的值随介电常数而变化。
[0090]
因此，当如上所述将石墨用作介电常数调节剂时，可以改变吸收体的介电常数而不改变吸收体的磁导率。因此可推断出，当以使得z
in
/zo的值成为约1的值的程度将石墨添加至吸收体时，在预期频段下吸收体的磁共振频率fr可以与吸收率相匹配。
[0091]
接下来，测量每种吸收体的介电常数和反射损耗，这些吸收体的不同之处在于作为介电常数调节剂添加的石墨的含量。
[0092]
用具有sr
0.906
la
0.094
fe9co
1.0
ti
1.0o19
组成的粒子制备吸收体。在改变石墨的含量时测量每种吸收体的磁导率和介电常数。
[0093]
图3a示出根据石墨混合比的介电常数值的实部变化的图，图3b示出根据石墨混合比的介电常数值的虚部变化的图，并且图3c示出根据石墨混合比的反射损耗的变化的图。
[0094]
如从图3a至图3c中可以看出，当石墨的混合比改变时，介电常数改变。
[0095]
如从图3c中可以看出，根据吸收体中石墨含量的变化，可以获得对8ghz频段、9ghz频段和15ghz频段的电磁波具有最大吸收率的吸收体。
[0096]
以电磁波吸收粒子的100重量％计，当以5重量％或更小的混合比添加石墨作为介电常数调节剂时，电磁波吸收粒子可以有效地吸收数ghz至数十ghz频段的电磁波。
[0097]
尽管已经参考附图和上述优选实施方案描述了本发明，但是本发明并不限于此，而是由所附权利要求限定。因此，本领域技术人员可以在不背离所附权利要求的技术精神的情况下对本发明进行多种变型和改变。