CN105860927A - 基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料，该材料由浓度低于逾渗阈值的线状铜颗粒与以聚四氟乙烯为主要成分的多孔材料复合而成。其中，线状铜颗粒直径在80微米左右、长度在4毫米左右；以聚四氟乙烯为主要成分的多孔材料,具有低介电常数(1.6左右)和耐高温特性。本发明旨在采用1毫米厚度薄层贴敷于金属块材表面，在15‑20GHz频率范围实现低于‑5dB的微波能量反射率，且具有耐高温的特征。

Description

基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料

技术领域

本发明涉及电磁功能材料和微波技术领域，具体涉及基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料。

背景技术

常用的微波吸收材料，其磁响应源自软磁材料，易受温度影响。当温度高于居里温度时，磁性消失，材料的吸波性能显著下降。

线状金属颗粒复合物，由于颗粒间电流的相互关联，可具有较强的磁响应。假设长度和半径分别为2a和b的线状颗粒，以浓度p与介电常数为ε_d的介质混合，其有效磁导率可表示为：

${\mathrm{\μ}}_e=1+\frac{2}{3}p\frac{a^2}{b^2}\frac{{\mathrm{\ϵ}}_d{\left(ak\right)}^2}{ln(a/b)}\frac{tan\left(ga\right)-ga}{{\left(ga\right)}^3},---\left(1\right)$

其中δ＝b/l，l为趋肤深度，

另一方面，当上述复合物中线状金属颗粒的浓度低于逾渗阈值时，其有效介电常数可表示为：

${\mathrm{\ϵ}}_e={\mathrm{\ϵ}}_d\frac{2}{9}p\frac{a^2}{b^2\ln (a/b)}\frac{1}{cos\left(\right(\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_d}ak\left)\sqrt{1+i\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_d}ak/2\ln (a/b)}\right)-i\[{\mathrm{\ϵ}}_d/{\mathrm{\δ}}^{2}f\left(\mathrm{\δ}\right)\]{\left(ak\right)}^2/2\ln (a/b)},---\left(2\right)$

其中，k为电磁波在真空中的波矢，J₀和J₁分别为零级和一级Bessel函数。当材料的趋肤效应比较显著时，低浓度线状金属颗粒复合材料的有效介电常数可近似为：

${\mathrm{\ϵ}}_e={\mathrm{\ϵ}}_d\frac{p}{p_c}\frac{a}{b\ln (a/b)}\frac{1}{cos\left(\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_d}ak\right)-{\mathrm{i\ϵ}}_d{\left(ak\right)}^2/2\ln (a/b)}.---\left(3\right)$

研究表明，当线状金属颗粒的长度在毫米量级，长径比较大，浓度低于逾渗阈值时，复合物在微波频段可具有较高的有效磁导率，但有效介电常数往往偏大。

另一方面，由于研制大规模集成电路的需要，低介电常数材料制备方面有了长足的发展，多孔低k材料可利用二氧化硅气凝胶等在k值已经很低的绝缘体中注入空穴，并采用旋涂沉积法制备。例如在空穴加入的情况下聚四氟乙烯的k值可降至1.57。以k值较低的材料为基质，可降低复合材料的有效介电常数。另外，聚四氟乙烯具有耐高温的特征。

我们将基于公式(1)-(3)，结合基质材料的介电性质，探讨线状金属颗粒复合材料电、磁响应的基本特征，优化成分、结构等，设计出10-20GHz频率范围，有效磁导率较高，有效介电常数大小合适，从而具有良好微波吸收性能且具有耐高温特征的微波吸收材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有微波吸收材料在高温下磁导率变小甚至趋于零，从而使得材料的吸波性能下降问题。

本发明提供的基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料，其特征在于:采用浓度低于逾渗阈值的线状铜颗粒复合物，线状铜颗粒直径在80微米左右，长度4毫米左右,基质采用以聚四氟乙烯为主要成分的多孔材料。

在上述技术方案中，进一步的附加技术特征在于：

长度为4毫米左右的颗粒由直径80微米左右的商用漆包线剪切而成。

铜颗粒、二氧化硅气凝胶和聚四氟乙烯树脂颗粒原料按一定比例均匀混合，经过膨化拉伸形成具有微孔性的、1毫米厚的薄膜，采用1毫米厚度薄层贴敷于金属块材表面时，15-20GHz频率范围垂直入射微波的能量反射率低于-5dB。

铜颗粒的浓度低于逾渗阈值，以聚四氟乙烯为主要成分的多孔材料具有较低的介电常数,从而在10-20GHz频率范围具有合适的有效介电常数(有效介电常数的模小于100)。

线状铜颗粒直径在80微米左右，长度4毫米左右，铜的电导率在10⁶S以上，使得复合物在10-30GHz频率范围具有一定的有效磁导率。

材料的磁响应源自材料的结构，具有耐高温特征。

有益效果

实现上述发明所提供的基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料技术方案，是通过选择合适的基材、线状铜颗粒材料的直径和长径比，控制线状铜颗粒材料与基材的成分比例，来获得较大的有效磁导率和合适的有效介电常数，达到良好的微波吸收性能。同时，由于材料的磁响应源自材料的结构，受温度影响很小，因此可在高温下仍然具有较好的微波吸收性能。

本发明所提供性能良好且耐高温的微波吸收材料，与现有微波吸收材料相比，具有性能相当，比重小，特别是耐高温的特点。

附图说明

图1是本发明线状铜颗粒复合物示意图。

图2(a)所设计1毫米厚薄层贴敷于金属块材表面时，对垂直入射微波的的能量反射率，复合材料的(b)有效介电常数和(c)有效磁导率(实线为参量实部，虚线为虚部)。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明所提供的性能良好且耐高温的微波吸收材料技术方案作出进一步的说明。

所述性能良好且耐高温的微波吸收材料结构如图-1所示，结构为浓度低于逾渗阈值的线状铜颗粒复合物，其中线状铜颗粒的直径在80微米左右，长度为4毫米左右。

将直径80微米左右的商用漆包线剪切成长度为4毫米左右的颗粒。铜颗粒、二氧化硅气凝胶和聚四氟乙烯树脂颗粒原料按一定比例均匀混合，其中，铜颗粒的浓度为其逾渗阈值的0.9倍。经膨化拉伸形成具有微孔性的、1毫米厚的薄膜。

所设计1毫米厚薄层贴敷于金属块材表面时，对垂直入射微波的能量反射率、复合材料的有效介电常数和有效磁导率分别如图2(a)、2(b)和2(c)所示。可见，在15-20GHz频率范围具有低于-5dB的微波能量反射率。

Claims (3)

1.基于线状铜颗粒复合物的耐高温微波吸收材料，其特征在于:采用浓度低于逾渗阈值的线状铜颗粒复合物，其中线状铜颗粒直径在80微米，长度4毫米,基质采用以聚四氟乙烯为主要成分的多孔材料，线状铜颗粒、二氧化硅气凝胶和聚四氟乙烯树脂颗粒原料按一定比例均匀混合，经过膨化拉伸形成具有微孔性的、1毫米厚的薄膜，采用1毫米厚度薄层贴敷于金属块材表面时，15-20GHz频率范围垂直入射微波的能量反射率低于-5dB。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于:所述线状铜颗粒由直径80微米的商用漆包线剪切而成。

3.如权利要求1所述的材料，其特征在于:以聚四氟乙烯为主要成分的多孔材料具有较低的介电常数,在10-20GHz频率范围具有合适的有效介电常数。