一種電磁波吸收裝置及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁波領(lǐng)域，尤其是涉及一種電磁波吸收裝置及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在高頻化和集成化的電子元器件里，電磁輻射的干擾日趨嚴重，而科學地使用吸波材料已成為抑制電磁干擾的有效手段。材料對電磁波的吸收與材料的電磁參數(shù)有關(guān)，是由介電參數(shù)和磁導率綜合表現(xiàn)來決定的。這些參數(shù)決定著介質(zhì)材料的電磁能的積蓄和消耗。不同的材料，它們的介電常數(shù)ε和磁導率μ往往是不同的，且它們的實部(ε ’和μ ‘)和虛部(ε ‘’和μ ‘’)也隨著頻率而變化。在介電常數(shù)和磁導率虛部與其實部相比很小的時候，可以忽略不計虛部，材料只能透過電磁波，而不能吸收電磁波，這時可稱之為透波材料。相應地，在介電常數(shù)和磁導率的虛部不能忽略不計的時候，材料就具有吸收電磁波的能力，這時候就是吸波材料。此外，對于電磁波的吸收還和材料的表面匹配狀況有關(guān)。這就要求電磁波在材料的表面反射越小越好，這樣進入材料內(nèi)部的電磁波才有可能被吸收。因此，吸波材料的設計可以圍繞兩個方面去開展:一是材料表面的阻抗匹配情況，二是材料本身的吸波能力。
[0003]根據(jù)電磁波理論，當電磁波從自由空間入射到另外一種介質(zhì)的時候，只有自由空間的阻抗和吸波材料的阻抗在盡可能寬的頻率范圍內(nèi)保持近似相等，反射的電磁波才會減小到最少。材料的阻抗即為磁導率和介電常數(shù)實部比值的均方根。通常情況下，電磁波是由空氣射入電磁波吸收體,空氣的阻抗為377 Ω，如果電磁波吸收體的阻抗接近空氣的阻抗，大部分電磁波將進入該吸收體；如果遠低于空氣的阻抗，則大部分電磁波被反射回空氣中。
[0004]對于吸收來說關(guān)鍵的因素是提高材料的電磁損耗，使電磁波能量轉(zhuǎn)化成熱能或其它形式的能量，從而電磁波在介質(zhì)中被最大限度的吸收。材料的μ ‘‘和ε 越大，吸收性能越好。損耗機制可以分成三類:一是與材料的電導率有關(guān)的電阻型損耗，即電導率越大，載流子引起的宏觀電流(電場引起的電流和磁場變化引起的渦流)越大，有利于電磁能轉(zhuǎn)化成熱能；二是與電極化有關(guān)的介電損耗(反復極化引起“摩擦”作用)，電介質(zhì)極化過程有電子云位移極化、離子位移極化、極性介質(zhì)電矩轉(zhuǎn)向極化、鐵電體電疇轉(zhuǎn)向極化及疇壁位移、高分子中原子團局部電矩轉(zhuǎn)向極化、缺陷偶極子極化等；三是與動態(tài)磁化過程有關(guān)的磁損耗(反復磁化的“摩擦”作用)，其主要來源是磁滯、磁疇轉(zhuǎn)向、疇壁位移、磁疇自然共振等。目前，鐵氧體，磁性金屬和鐵電材料多用于微波吸收劑，是因為其磁滯、電滯損耗大。炭黑、石墨、非磁性金屬等導電填料添加到其它介質(zhì)中作為吸波材料，實際上增大了電阻型損耗。設計吸波材料時需考慮以上多種損耗。
[0005]在已有的抗電磁干擾技術(shù)中，金屬膜或金屬箔由于導電性能好，電阻損耗大，但更多的電磁波在表面即被反射。對于已有的磁性金屬顆粒填充聚合物復合的電磁波吸收體而言，其表面電阻在106 Ω / 口以上，材料的電磁波穿透性好，其吸波原理是磁滯損耗，可將電磁能量轉(zhuǎn)換成熱能。但這種復合電磁波吸收體有在低頻段對應電磁參數(shù)虛部小的特點，因此存在低頻電磁波吸收弱的缺點，對厚度不超過0.1 mm的吸收體而言，在IGHz的頻帶中，由于厚度薄導致無法對電磁波形成有效的吸收。此外，由電磁能量轉(zhuǎn)換而來的熱能會引起電子元器件的高溫，對于高頻化、集成化和多功能化的智能終端電子消費品而言，其自身運行溫度已經(jīng)在一個較高的范圍內(nèi)，新的熱能無疑引起電子元器件故障率的上升。因此，構(gòu)造一個能夠在較薄厚度下(不超過0.1 mm)對頻率小于IGHz的電磁波有較好吸收效果的吸收體是尤為重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種電磁波吸收裝置，該電磁波吸收裝置包括設定表面電阻值的氧化錫膜、磁性金屬顆粒填充聚合物復合膜、以及天然石墨膜或人工合成石墨膜共三層結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，氧化錫膜在上層，磁性金屬顆粒填充聚合物復合膜是中間層，底層是石墨膜。
[0008]優(yōu)選地，所述的氧化錫膜的表面電阻在10?5000 Ω/□范圍內(nèi)，其可增加電磁波吸收體在低頻范圍內(nèi)的電阻損耗。
[0009]優(yōu)選地，單分散的磁性金屬顆粒通過聚合物粘結(jié)劑結(jié)合在一起，其表面電阻在106Ω / □以上。
[0010]優(yōu)選地，石墨膜為天然石墨膜或人工合成石墨膜，其表面電阻在200 πιΩ/□以內(nèi)，電導率在104 S/m以上，可對入射其表面的電磁波形成有效的反射，引發(fā)磁性金屬顆粒的二次磁損耗和氧化錫膜的二次電阻損耗，從而增強綜合吸收效果，尤其是對頻率小于I GHz的電磁輻射。
[0011]本發(fā)明還提供了一種電磁波吸收裝置的制備方法，包括如下步驟:
(1)準備石墨膜材料，將其附著在帶粘性的PET、PP或PE塑料膜上以增加其機械強度；
(2)準備磁性金屬顆粒、聚合物粘結(jié)劑和溶劑組成的漿料，通過采用壓膜、旋涂、帶涂、印刷、噴涂或滾涂方式在石墨表面制成金屬顆粒填充聚合物的復合膜，其表面電阻為106?108 Ω/ □；
(3)在復合膜表面通過氣相法或液相法合成摻雜的Sn02半導體氧化物薄膜，控制雜質(zhì)元素的含量以及薄膜的厚度，得到表面電阻在10?5000 Ω/□范圍內(nèi)。
[0012]
【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的電磁波吸收裝置的截面圖。
[0014]圖2是實施例1中磁性金屬顆粒填充聚合物復合膜的截面視圖。
[0015]圖3是實施例1中電磁波吸收裝置的電磁波吸收圖譜。
[0016]圖4是單層磁性金屬顆粒填充聚合物復合膜的電磁波吸收圖譜。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有益效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0019]本發(fā)明的一個目的是構(gòu)筑一種由三層結(jié)構(gòu)組成的電磁波吸收裝置，使其在較薄的情況下對低頻電磁波形成有效的吸收。
[0020]本發(fā)明的另一個目的是構(gòu)筑的電磁波吸收體兼具吸波和散熱的功能，對改善電子元器件的工作環(huán)境提供有利的幫助，這對超薄化和高頻化的智能終端電子消費品來說十分重要。
[0021]為了提高其低頻率內(nèi)的電磁波吸收率，可以在磁性金屬填充聚合物復合膜的入射面增加一層電阻損耗的吸收層。如果選擇高于5000 Ω/□的表面電阻的電磁波吸收體，在穿透性方面是突出的，但存在電阻損耗低的問題。如果選擇表面阻抗低于10 Ω/□的電磁波吸收體，電磁波被反射的機會大增。因此本發(fā)明的一個做法是構(gòu)造一層表面電阻在10?5000 Ω/□的薄層在復合膜的表面，改善低頻電磁波的吸收。對于材料成分，選用的是半導體摻雜氧化物Sn02，而不是常見的導電高分子聚合物。因為導電高分子聚合物在可靠性方面的難以滿足要求，在濕熱的環(huán)境中容易老化導致電阻的急劇上升，從而影響其對電磁波的電阻損耗行為。而氧化錫的化學穩(wěn)定性優(yōu)越，通過半導體摻雜技術(shù)可以在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其電阻，在很薄的厚度下(I Mffl以內(nèi))即可實現(xiàn)上述電阻值范圍，不會明顯增大電磁波吸收體的厚度。
[0022]本發(fā)明所涉及的另一層是在磁性金屬填充聚合物復合膜的另一側(cè)增加一層石墨膜，其作用有三方面:一是利用其良好的導電性能(導電率可高達104 S/cm),可對進入其自身的電磁波產(chǎn)生明顯的電阻損耗；二是由于其表面電阻在10?200 πιΩ/□之間，可形成對電磁波的有效反射，引發(fā)磁性金屬填充聚合物復合膜的二次磁損耗吸收和氧化錫膜的二次電阻損耗吸收；三是石墨膜本身的x_y平面內(nèi)的熱導率良好(人工合成石墨膜熱導率可接近2000 W/mK)，可以將產(chǎn)生的熱量快速擴散傳輸?shù)酵獠吭?br>[0023]依據(jù)每層材料的特性不同和其制備工藝的特點，本發(fā)明中三層結(jié)構(gòu)電磁波吸收裝置的制造方法采用如下順序:(I)準備石墨膜材料，由于石墨膜與生俱來的柔軟性的特點，需要將其附著在帶粘性的PET、PP或PE等塑料膜上以增加其機械強度。(2)準備磁性金屬顆粒、聚合物粘結(jié)劑和溶劑組成的漿料。通過采用壓膜、旋涂、帶涂、印刷、噴涂或滾涂等方式在石墨表面制成金屬顆粒填充聚合物的復合膜，其表面電阻為106?108 Ω/口。(3)在復合膜表面通過氣相法或液相法合成摻雜的Sn02半導體氧化物薄膜，控制雜質(zhì)元