CN102176815A - 基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件 - Google Patents
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Abstract
基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，该器件由梯度压磁薄膜和介电陶瓷组成。梯度压磁薄膜中含有Ti元素和N元素，Ti元素质量百分比为15％～85％，N元素质量百分比为0％～15％。梯度薄膜层厚度为50～160μm，介电陶瓷层百度为0～27μm。本发明通过设计梯度薄膜层和介电陶瓷层对吸波器件进行结构和材料设计，工艺简单，操作方便，该吸波器件具有较好的吸波性能，能满足工程技术领域对吸收电磁波器件的要求。本发明为梯度材料赋予了吸波特性，并将应用于带通滤波器、天线工程和通讯领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁波吸波器件，是一种具有较好的吸波性能和可调节电磁波性能的吸波器件，特别涉及梯度压磁薄膜与介电陶瓷构成的吸波器件。
发明背景
随着通讯技术和电磁系统集成度的提高，对各种电子设备的要求越来越高。随着电子元器件向着微型化、集成化、高频化发展，迫切要求开发出能在高频甚至超高频段的高性能微米磁性器件。另一方面电子和电磁的兼容问题日益突出，吸波器件可以解决电子系统之间的干扰问题，能广泛用于电感器、磁场传感器等。吸波器件对电磁波的吸收主要来源于器件对电磁波的损耗。以钛基为主的梯度压磁薄膜，特征阻抗接近空气中的波阻抗，可以反映出较好的吸波性能。一般磁性薄膜应用于电磁波领域实际材料的阻抗往往和波阻抗相差较大，故传统吸波器件的实际吸波性能并不理想。由压磁薄膜和传统介质材料构成的复合材料，可以较好的对电磁波吸收，但仅在压磁薄膜在复合材料中体积比很大时才有效果，因此这类吸波器件比重较大，限制了压磁薄膜在微型化，高性能器件上的应用。
发明内容
本发明提供了一种基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，所述的吸波器件，工作频率可调，性能稳定，它解决了经典吸波器件对介质层厚度和比重的限制，可以制造出重量轻，厚度薄的吸波器件，并且吸波带宽范围更宽。
本发明公开了一种基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，包括梯度压磁薄膜层和介电陶瓷层。所述梯度压磁薄膜层质量百分比，Ti大于15％小于85％，N大于0％小于15％。本发明中，梯度压磁薄膜的厚度范围为50～160μm。本发明所述介电陶瓷层的材料为钛酸锶钡铁电材料，介电陶瓷颗粒的介电常数为800～1700。所述的介电陶瓷颗粒为边长为0.2～1.1μm的介电立方块或直径为0.3～1.6μm的介电球。钛酸锶钡(BaxSryTiO3，简称BST，x＝0.3～0.7，y＝0.3～0.7，x+y＝1，钛酸锶钡是一种铁电材料)具有高的介电常数和低损耗，同时又具有介电可调节特性，采用固相反应合成法制备BST粉体。该方法采用高纯度的BaCO3，SrCO3，TiO2为原料，由如下化学方程式进而合成得到BST粉体。
xBaCO3+ySrCO3+TiO2＝BaxSryTiO3+CO2↑
然后将BaCO3，SrCO3，TiO2按x＝0.3～0.7，y＝0.3～0.7，x+y＝1配比混合，经研磨，烘干，精磨后再在1400℃至1500℃煅烧12～18小时，然后再精磨、烘干，制得BST粉体。经过大量试验证明，压磁性薄膜中含有少量N元素可以提高薄膜的阻抗、磁各向异性场和化学稳定性。在梯度薄膜层中通过使用磁控溅射方法制备梯度层，能够获得较小的电导率，较高的磁导率和较薄的厚度尺寸，有效地撤市梯度压磁薄膜的吸波性能。梯度薄膜有较好的吸收带宽，它的反射率可满足不同技术领域对吸波的要求。利用材料流延技术将梯度压磁薄膜与介电陶瓷进行层叠粘结制得吸波器件样品，将上述吸波器件样品放置在控温装置中，通过调节温度来调节样品的介电常数和磁导率，得到满足不同频率和带宽的吸波器件样品。控温的精度应达到±0.035℃。
本发明通过设计梯度压磁薄膜与介电陶瓷层构成基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，工艺简单，操作方便，具有较好的吸波性能和带宽，能满足不同技术领域对吸波器件薄、轻、宽、强的要求，为电磁波吸收器件在通讯和电磁兼容领域的应用提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明的器件结构示意图；
图2为本发明的器件折射率色散曲线图；
图3为本发明的吸波器件的磁导率。
具体实施方式
1.本发明提供一种可实际应用的基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，图1为当电磁波入射到该器件时的示意图。采用固相反应合成法制备Ba0.7Sr0.3TiO3(BST粉体)，该方法采用高纯度的BaCO3，SrCO3，TiO2为原料，由如下化学方程式制得BST粉体。
0.7BaCO3+0.3SrCO3+TiO2＝BaxSryTiO3+CO2↑
2.将BaCO3，SrCO3，TiO2按以上配比混合，经过研磨、烘干、精磨后在1460℃煅烧14小时，然后再精磨、烘干，制得BST粉体。利用材料流延技术将以上制得的BST粉体配成材料，进行流延得到BST流延片，然后将流延片切割成边长为22μm的立方块生坯，再将该生坯在560℃进行排胶，最后在1450℃烧结14小时，得到边长为19μm的BST立方块。
3.本发明中压磁薄膜的制备，采用射频自控溅射设备，氮气气体的压强为0.3Pa，环境温度为190℃～220℃，确保N元素在梯度压磁薄膜中的质量比不大于15％，薄膜厚度为38μm。
4.将BST和梯度压磁薄膜对准进行层叠粘结，制得吸波器件样品。该器件温度为35℃时的折射率色散曲线如图2所示。图中可见该器件的折射率色散分布，N元素的加入增大了梯度压磁薄膜的电阻率，提高吸波器件的化学稳定性，但如果N元素的含量过大，梯度材料的磁化强度会降低，减弱吸波的功效。
5.本发明通过实验测试在梯度材料中N元素含量在薄膜层中的质量百分比为0％～15％时的吸波效果最好。梯度压磁薄膜的厚度为38μm，测得的吸波器件的磁阻如图3所示。图中的点为实验结果，实心点为基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件的磁导率，空心点为单纯压磁薄膜的磁导率。谐振频率在6.9GHz处。本发明的器件比单纯压磁性薄膜构成的器件谐振频率增加了3.2GHz。
6.本发明的吸波材料为微米量级，有利于吸波器件微型化、集成化应用。本发明提供了一种基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，涉及其制备思路与方法，以上所述仅是发明优选实施方式，在不脱离本发明原理的前提下，可以做出若干改进并用现有技术实现，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，其特征在于，包括梯度压磁薄膜层和介电陶瓷层，所述梯度压磁薄膜层中有质量百分比大于15％，小于85％的Ti元素以及质量百分比大于0％小于15％的N元素。
2.如权力要求书1所述的梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，其特征在于，所述梯度压磁薄膜层厚度为50μm～160μm。
3.如权力要求书1和2所述的基于梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，其特征在于，所述介电陶瓷层的厚度范围为大于0μm且小于等于27μm。
4.如权力要求书3所述的梯度压磁薄膜与介电陶瓷的吸波器件，其特征在于，所述介电陶瓷层的材料为钛酸锶钡(BaxSryTiO3，简称BST，x＝0.3～0.7，y＝0.3～0.7，x+y＝1，钛酸锶钡是一种铁电材料)。
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