CN108475568A - 包括六角铁氧体纤维的磁介电材料、制备方法及其用途 - Google Patents

包括六角铁氧体纤维的磁介电材料、制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

在实施方式中，磁介电材料包括聚合物基体、多个六角铁氧体微纤维；其中，磁介电材料具有在1GHz处、或1GHz至2GHz处测定的在与磁介电材料的宽表面平行的x方向上的2.5至7、或2.5至5的磁导率以及小于或等于0.03的磁损耗正切。

Description

包括六角铁氧体纤维的磁介电材料、制备方法及其用途
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年1月18日提交的美国临时专利申请序列62/279,964的权益。该相关申请通过引用并入本文。
背景技术
本公开内容总体上涉及包括六角铁氧体纤维的磁介电材料、制备方法及其用途。
更新的设计和制造技术已经驱使电子部件的尺寸越来越小，例如，诸如电子集成电路芯片上的电感器、电子电路、电子封装、模块和壳体以及天线。减小电子部件尺寸的一种方法是使用磁介电材料作为基片(substrate)。特别地，铁氧体、铁电体和多铁性材料作为具有增强的微波性能的功能材料已经被广泛研究。然而，这些材料并不完全令人满意，因为它们可能不能提供期望的带宽，或者它们在在高频处例如在千兆赫兹范围中显示出高的磁损耗。
因此，本领域中仍然需要在千兆赫兹范围中具有低的磁损耗的磁介电材料。
发明内容
本文中公开了一种磁介电材料，该磁介电材料包括：包括聚合物基体的磁介电材料；多个六角铁氧体微纤维；其中，磁介电材料具有在1千兆赫兹(GHz)处、或1GHz至2GHz处测定的在与磁介电材料的宽表面平行的x方向上的2.5至7、或2.5至5的磁导率以及小于或等于0.03的磁损耗正切。
制备以上磁介电材料的方法包括：对聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维进行注射成型；其中，聚合物基体包括热塑性聚合物。
制备以上磁介电材料的方法包括：对聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维进行反应注射成型；其中，聚合物基体包括热固性聚合物。
还描述了包括磁介电材料和复合材料的制品，制品包括天线、变压器、抗电磁界面材料或电感器。
以上描述的特征和其他特征通过附图和具体实施方式来例示。
附图说明
附图是示例性实施方式，其中，相同的要素被相同地标记。
图1是具有沿xy平面定向的晶粒的六角铁氧体微纤维的实施方式的图示；
图2是具有沿xy平面定向的晶粒的六角铁氧体微纤维的实施方式的图示；
图3是包括在磁介电基片的xy平面中随机定向的多个图2的六角铁氧体微纤维的磁介电材料的实施方式的图示；
图4是包括沿磁介电基片的xy平面的x方向定向的多个图2的六角铁氧体微纤维的磁介电材料的实施方式的图示；
图5是设置在磁介电材料上的导电层的实施方式的图示；以及
图6是双频磁介电材料的实施方式的图示。
具体实施方式
在微波频率处具有高的磁导率和低的磁损耗正切的磁介电材料可以允许部件例如天线的小型化，而不存在经常出现在高介电常数材料中的带宽损失。因此开发了包括聚合物基体和多个六角铁氧体微纤维的磁介电材料。磁介电材料在1GHz处或在1GHz至2GHz处、例如在平行于磁介电材料的宽表面的x方向上可以具有以下中的一者或两者：小于或等于0.03的磁损耗正切；以及2.5至7或者2.5至5的磁导率。具有这样低的磁损耗的磁介电材料可以有利地被用于高频应用中——例如天线应用中。
六角铁氧体微纤维可以包括Z型六角铁氧体、W型六角铁氧体、U型六角铁氧体、X型六角铁氧体、Y型六角铁氧体或包括前述中至少之一的组合，特别地，包括Z型六角铁氧体。六角铁氧体微纤维还可以包括Ni、Co、Cr、Au、Ag、Cu、Gd、Pt、Ba、Bi、Ir、Mn、Mg、Mo、Nb、Nd、Sr、V、Zn、Zr、N、C或包括前述中至少之一的组合。六角铁氧体微纤维可以包含钴Z型六角铁氧体。钴Z型六角铁氧体具有以下化学式：(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41，其中，x为0.01至0.2，y为20至24，并且z为0至3。
六角铁氧体微纤维可以具有大于或等于10、或者大于或等于50的长径比，长径比指的是最长尺寸比最短尺寸(例如，纤维长度比纤维直径)。六角铁氧体微纤维的平均直径可以为0.3微米至10微米、或1微米至5微米。六角铁氧体微纤维的平均长度可以为100微米至5,000微米、或500微米至3,000微米。六角铁氧体微纤维的平均长度可以为1毫米至15毫米、或2毫米至10毫米、或1毫米至5毫米。
六角铁氧体微纤维可以包括实心纤维或空心纤维。如果六角铁氧体微纤维包括空心纤维，则空心纤维可以具有以下中的一者或两者：0.01微米至1微米的平均内径；以及0.3微米至20微米或者0.3微米至10微米的平均外径。空心纤维的存在可以帮助减小磁介电材料的介电常数。
可以通过电弧放电、制模、静电纺丝、水性有机凝胶法、有机凝胶法、热分解法等来形成六角铁氧体微纤维。
磁介电材料可以包括基于磁介电材料的总体积的10体积百分比(vol％)至60体积百分比、或20vol％至50vol％的六角铁氧体微纤维。
六角铁氧体微纤维可以是多晶的。六角铁氧体微纤维可以具有0.3微米至20微米的晶粒尺寸。磁介电材料的晶粒可以被定向成沿微纤维的xy平面——即，平行于微纤维的最长尺寸。例如，50％至100％的数目的晶粒可以被定向成沿(平行于)xy平面。图1和图2是六角铁氧体微纤维中的多个晶粒的实施方式的图示。图1图示了其中所有晶粒(100％)都被定向成沿xy平面并且被定向在xy平面中的理想情况。图2图示了其中大于50％的晶粒被定向在xy平面中的六角铁氧体微纤维。
在磁介电材料内，多个六角铁氧体微纤维可以相对于材料的xy平面被完全随机地定向(对于各向同性材料)、半定向、或者方向性地定向。在被完全随机定向的材料中，多个六角铁氧体微纤维沿材料的x、y和z平面被随机定向。
在半定向的材料中，多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于xy平面，但是在XY平面内被随机定向。图3是具有平行于磁介电材料的宽表面的xy平面的半定向的材料的顶视图图示。多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于xy平面，但是在xy平面内被随机定向。
在方向性地定向的磁介电材料中，多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于xy平面并且平行于x方向。图4是具有平行于磁介电材料的宽表面的xy平面的半定向材料的顶视图图示。所述多个六角铁氧体纤维在xy平面的x方向上以及在xy平面的x方向上排列。图5是图4的磁介电材料10的xz平面的图示，即图4的材料的截面视图。图5示出了平行于xy平面的x轴排列的但不在xz平面内的多个六角铁氧体纤维。图5还示出磁介电材料还可以包括导电层20。可选地，导电层20可以被图案化。
磁介电材料可以包括介电填料。介电填料可以包括例如二氧化钛(金红石和锐钛矿)、钛酸钡、钛酸锶、二氧化硅(包括熔融无定形二氧化硅)、刚玉、硅灰石、Ba2Ti9O20、实心玻璃球、合成玻璃或陶瓷空心球、石英、氮化硼、氮化铝、碳化硅、氧化铍、氧化铝、三水合氧化铝、氧化镁、云母、滑石、纳米粘土、氢氧化镁或包括前述中至少之一的组合。
可以利用含硅涂层例如有机官能烷氧基硅烷偶联剂来对介电填料进行表面处理。可以使用锆酸盐或钛酸盐偶联剂。这样的偶联剂可以改善填料在聚合物基体中的分散并且降低完成了的复合电路基片的吸水性。填料组分可以包括70vol％至30vol％的熔融无定形二氧化硅，作为基于填料的重量的第二填料。
磁介电材料可以包括基于磁介电材料的总体积的5vol％至60vol％、或10vol％至50vol％、或15vol％至45vol％的介电填料。
磁介电材料可以包括多个空心陶瓷管。与不包括空心陶瓷管的相同磁介电材料相比，包括空心陶瓷管的磁介电材料可以具有提高的机械强度和更高的特性阻抗中的一个或更多个。
磁介电材料可以包括阻燃剂。阻燃剂可以是卤化的或未卤化的。阻燃剂可以以基于磁介电材料的体积的0vol％至30vol％的量存在于磁介电材料中。
阻燃剂可以是无机的，并且可以以颗粒的形式存在。无机阻燃剂可以包括具有例如1纳米至500纳米(nm)——特别地1nm至200nm、或5nm至200nm、或10nm至200nm——的体积平均颗粒直径的金属水合物；可替选地，体积平均颗粒直径为500纳米至15微米，例如1微米至5微米。金属水合物可以包括金属的水合物，所述金属例如Mg、Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu、Ni或包括前述中至少之一的组合。可以使用Mg、Al或Ca的水合物，例如氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化锌、氢氧化铜和氢氧化镍；以及铝酸钙、二水石膏、硼酸锌和偏硼酸钡的水合物。可以使用这些水合物的复合物，例如，包含Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu和Ni中至少之一以及Mg的水合物。复合金属水合物可以具有化学式MgMx(OH)y，其中，M是Ca、Al、Fe、Zn、Ba、Cu或Ni，x为0.1至10，并且y为2至32。阻燃剂颗粒可以被涂覆或以其他方式被处理以改善分散和其他性质。
可替选地或除了无机阻燃剂之外，可以使用有机阻燃剂。有机阻燃剂的示例包括氰尿酸三聚氰胺、细颗粒尺寸聚磷酸三聚氰胺、各种其他含磷化合物如芳族亚膦酸盐、二次膦酸盐、膦酸酯、磷酸盐、聚倍半硅氧烷、硅氧烷以及卤代化合物如六氯内次甲基四氢邻苯二甲酸(HET酸)、四溴邻苯二甲酸和二溴新戊二醇。阻燃剂(例如，含溴阻燃剂)可以以基于树脂的总重量的20phr(每100份树脂的份数)至60phr，特别地30phr至45phr的量存在。溴化的阻燃剂的示例包括Saytex BT93W(乙基双四溴邻苯二甲酰亚胺)、Saytex 120(十四溴二苯氧基苯)和Saytex 102(十溴二苯醚)。阻燃剂可以与增效剂结合使用，例如，卤化阻燃剂可以与增效剂如三氧化锑结合使用，并且含磷阻燃剂可以与含氮化合物如三聚氰胺结合使用。
六角铁氧体微纤维本身可以增加磁介电材料的阻燃性。例如，磁介电材料与相同的但是没有六角铁氧体微纤维的材料相比，可以具有提高的阻燃性。
磁介电材料可以具有提高的可燃性。例如，磁介电材料可以具有1.6毫米(mm)的UL94V1或V0等级。
磁介电材料可以在0.5GHz至50GHz、或1GHz至2GHz、或1GHz的高工作频率处工作。
磁介电材料可以具有如在1GHz处、或1GHz至2GHz处测定的2.5至7、或2.5至5的磁导率。磁介电材料可以具有如在平行于磁介电材料的宽表面的x方向上测定的、如在1GHz处或1GHz至2GHz处测定的2.5至7、或2.5至5的磁导率。x方向上的磁导率是垂直于宽表面的z方向上的磁导率的0.75倍至2倍。
磁介电材料可以具有如在1GHz处、或1GHz至2GHz处测定的小于或等于0.03、或者小于或等于0.01的低磁损耗正切。
磁介电材料可以具有如在1GHz处、或1GHz至2GHz处测定的小于或等于10、或者小于或等于8的低介电常数。当磁介电材料包括空心六角铁氧体微纤维时，磁介电材料可以具有如在1GHz处、或1GHz至2GHz处测定的小于或等于5的低介电常数。
磁介电材料可以具有如在1GHz处、或1GHz至2GHz处测定的小于或等于0.005、或者小于或等于0.001的低介电损耗正切。
聚合物基体可以包括热塑性或热固性聚合物。聚合物可以包括聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚苯醚、聚酰亚胺(例如，聚醚酰亚胺)、聚丁二烯、聚丙烯腈、聚(C1-12)甲基丙烯酸烷基酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、聚酯(例如，聚乙烯对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚硫酯)、聚烯烃(例如，聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚酰胺(例如，聚酰胺酰亚胺)、聚芳酯、聚砜(例如，聚芳砜、聚磺酰胺)、聚苯硫醚、聚苯醚、聚醚(例如，聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES))、聚丙烯酸物、聚缩醛、聚多亚甲基苯并二恶唑(例如，聚苯并噻唑、聚苯并噻嗪吩噻嗪(polybenzothiazinophenothiazine))、聚恶二唑、聚吡嗪喹喔啉(polypyrazinoquinoxaline)、聚均苯四酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲哚、聚氧代二氢异吲哚(例如，聚二氧代二氢异吲哚)、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚氧杂双环壬烷(polyoxabicyclononane)、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚缩醛、聚酐、聚乙烯基(例如，聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯卤化物(例如，聚乙烯氯化物)、聚乙烯腈、聚乙烯酯)、聚磺酸盐、聚硫化物、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚硅氧烷、含氟聚合物(例如，聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯四氟乙烯(PETFE))、或包括前述中至少之一的组合。聚合物可以包括聚醚醚酮、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物、尼龙或包括前述中至少之一的组合。聚合物可以包括液晶聚合物。聚合物可以包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。聚合物可以包括高温尼龙。聚合物可以包括聚乙烯(例如，高密度聚乙烯)。聚合物基体可以包括聚烯烃、聚氨酯、聚乙烯(例如，聚四氟乙烯)、硅酮聚合物(例如，聚二甲基硅氧烷)、聚醚(例如，聚醚酮和聚醚醚酮)、聚苯硫醚或包括前述中至少之一的组合。聚合物基体可以包括聚烯烃、氟化聚合物(例如，PTFE)、聚氨酯、硅酮(例如，聚二甲硅氧烷)、液晶聚合物、聚醚(例如，聚醚酮和聚醚醚酮)、聚苯硫醚或者包括前述中至少之一的组合。聚合物基体可以包括例如环氧-氰酸酯-酯共混物。
聚合物基体组合物的聚合物可以包括热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯。如本文中使用的，术语“热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯”包括均聚物和共聚物，均聚物和共聚物包括衍生自丁二烯、异戊二烯或其混合物的单元。衍生自其他可共聚单体的单元还可以例如以接枝的形式存在于聚合物中。可共聚单体包括但不限于乙烯基芳族单体，例如取代和未取代的单乙烯基芳族单体如苯乙烯、3-甲基苯乙烯、3,5-二乙基苯乙烯、4-正丙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基乙烯基甲苯、对羟基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、α-氯苯乙烯、α-溴苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、四氯苯乙烯等；以及取代和未取代的二乙烯基芳族单体如二乙烯基苯、二乙烯基甲苯等。还可以使用包括前述可共聚单体中至少之一的组合。热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯包括但不限于丁二烯均聚物、异戊二烯均聚物、丁二烯-乙烯基芳族共聚物如丁二烯-苯乙烯、异戊二烯-乙烯基芳族共聚物如异戊二烯-苯乙烯共聚物等。
热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯聚合物也可以是改性的。例如，聚合物可以是羟基封端的、甲基丙烯酸酯封端的、羧酸酯封端的等。可以使用后反应的聚合物，例如丁二烯或异戊二烯聚合物的环氧改性的、顺丁烯二酸酐改性的或氨基甲酸乙酯改性的聚合物。还可以例如由二乙烯基芳族化合物例如二乙烯基苯对聚合物进行交联，例如与二乙烯基苯交联的聚丁二烯-苯乙烯。聚合物广泛地被其制造商——例如日本东京的Nippon SodaCo.和PA，Exton的克雷威利烃类特用化学品——分类为“聚丁二烯”。还可以使用聚合物的混合物，例如聚丁二烯均聚物和聚丁二烯-异戊二烯共聚物的混合物。包括间同立构的聚丁二烯的组合也可以是有用的。
固化剂可以被用于对热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯组合物进行固化，以加速固化反应。固化剂可以包括有机过氧化物，例如过氧化二枯基、过苯甲酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷、α,α-二-双(叔丁基过氧)二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3、或包括前述中至少之一的组合。可以使用碳-碳引发剂，例如，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷。固化剂或引发剂可以单独使用或组合使用。固化剂的量可以为基于聚合物基体中的聚合物的总重量的1.5至10重量百分比(wt％)。
聚合物基体可以包括衍生自单体组合物的降冰片烯型聚合物，其中单体组合物包括降冰片烯单体、降冰片烯型单体、或包括前述中至少之一的组合。
聚降冰片烯基体可以衍生自单体组合物，该单体组合物包括降冰片烯单体和降冰片烯型单体中的一者或两者以及其他可选的共聚单体。下面在化学式(I)中示出了衍生自降冰片烯的重复单元。
降冰片烯型单体包括三环单体(例如，二环戊二烯和二氢二环戊二烯)、四环单体(例如，四环十二碳烯)、和五环单体(例如，三环戊二烯)、七环单体(例如，四环戊二烯(tetracyclopentadiene))。可以使用包括前述中至少之一的组合。可以使用前述单体之一来获得均聚物，或者可以组合前述单体中的两者或更多者来获得共聚物。
降冰片烯型单体可以包括二环戊二烯，使得聚降冰片烯基体包括衍生自如下面在化学式(II)中图示的二环戊二烯的重复单元。
聚降冰片烯基体可以包括基于聚降冰片烯基体的总重量的50wt％至100wt％，特别地75wt％至100wt％，更特别地95wt％至100wt％的衍生自二环戊二烯的重复单元。
降冰片烯型单体可以包括官能团，例如烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基等)、亚烷基(例如，亚乙基等)、芳基(例如，苯基、甲苯基、萘基等)、极性基(例如，酯、醚、腈、卤素等)、或包括前述中至少之一的组合。具有亚乙基官能团的降冰片烯型单体的示例是亚乙基降冰片烯，在下面化学式(III)中示出。
官能化的重复单元可以以基于聚降冰片烯基体的总重量的5wt％至30wt％，特别地15wt％至28wt％，更特别地20wt％至25wt％的量存在于聚降冰片烯基体中。
聚降冰片烯基体可以包含基于聚降冰片烯基体的总重量的小于或等于20wt％的衍生自可共聚单体的重复单元中的至少一种重复单元。可共聚单体可以包括单环烯烃、双环烯烃、或包括前述中至少之一的组合。单环烯烃和双环烯烃可以各自独立地包括4至16个碳原子，特别地4至8个或者8至12个碳原子。双环烯烃可以包括1至4个双键，特别地2至3个双键。可共聚单体可以包括降冰片二烯、2-降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯、5-己基-2-降冰片烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、乙烯基降冰片烯、5-苯基-2-降冰片烯、环丁烯、环戊烯、环戊二烯、环庚烯、环辛烯、环辛二烯、环癸烯、环十二烯、环十二碳二烯、环十二碳三烯、降冰片二烯或包括前述中至少之一的组合。
聚降冰片烯基体可以是在存在包括置换催化剂和活化剂的催化剂体系的情况下通过单体的开环易位聚合(ROMP)形成的。催化剂体系可以可选地包括减速剂、氟化化合物、螯合剂、溶剂或包括前述中至少之一的组合。
磁介电材料可以通过注射成型、反应注射成型、挤出、浇铸压缩成型、压延技术(rolling technique)等来形成。例如，可以制备磁介电材料的糊剂、油脂或浆料，以用作涂覆物或密封剂。
对于各向同性磁介电材料，磁介电材料可以在不存在外部磁场的情况下来形成。相反，对于各向异性磁介电材料，磁介电材料可以在存在外部磁场例如旋转磁场的情况下来形成。外部磁场可以是1千奥斯特(kOe)至20千奥斯特。
可以使用包括对包括聚合物和六角铁氧体微纤维的熔融磁性组合物进行注射成型的注射成型工艺来形成磁介电材料。形成磁介电材料的方法可以包括：形成包括聚合物和六角铁氧体微纤维的组合物；并且充分混合该组合物，其中，聚合物可在混合之前或混合之后进行熔化。
可以通过对热固性组合物进行反应注射成型来制备磁介电材料。反应注射成型可以包括：将至少两个流混合以形成热固性组合物并且将热固性组合物注入到模具中，其中，第一流可以包括催化剂并且第二流可以包括活化剂。第一流和第二流中的一者或两者或者第三流可以包括单体。第一流和第二流中的一者或两者或者第三流可以包括交联剂、六角铁氧体微纤维和添加剂中的至少之一。在注射热固性组合物之前，可以将六角铁氧体微纤维和添加剂中的一者或两者添加到模具。
混合可以发生在注射成型机器的顶部空间中。混合可以发生在内联混合器(inline mixer)中。混合可以发生在注入模具期间。混合可以发生在大于或等于0摄氏度(℃)至200摄氏度，特别地15℃至130℃、或0℃至45℃，更特别地23℃至45℃的温度处。
可以将模具保持在大于或等于0℃至250℃，特别地23℃至200℃或45℃至250℃，更特别地30℃至130℃或50℃至70℃的温度处。填充模具需要0.25分钟到0.5分钟，在此期间模具温度会下降。在填充了模具之后，热固性组合物的温度可以例如从0℃至45℃的第一温度增加至45℃至250℃的第二温度。成型可以发生在65千帕(kPa)至350千帕的压力处。成型可以发生在以下时间期间：少于或等于5分钟，特别地少于或等于2分钟，更特别地2秒至30秒。聚合完成后，可以在模具温度处或降低的模具温度处移除磁介电材料。例如，脱离温度(release temperature)Tr可以比成型温度Tm小10℃或更多(Tr≤Tm-10℃)。
在从模具中移除磁介电材料之后，可以对磁介电材料进行后固化。后固化可以发生在100℃至150℃，特别地140℃至200℃的温度处达大于或等于5分钟。
磁介电材料可以是例如包括玻璃布的增强的磁介电材料。可以通过将包括聚合物和六角铁氧体微纤维的组合物浸渍并层压到增强介质上来形成增强的磁介电材料。增强介质可以是纤维状的，例如织造或非织造纤维层。增强介质可以具有允许组合物浸渍增强介质的宏观空隙。增强介质可以包括玻璃布。
磁介电材料可以包括导电层。导电层可以包含铜。导电层可以具有3微米至200微米，特别地9微米至180微米的厚度。合适的导电层包括导电金属薄层例如目前用于形成电路的铜箔(例如电沉积的铜箔)。铜箔可以具有小于或等于2微米，特别地小于或等于0.7微米的均方根(RMS)粗糙度，其中，使用Veeco Instruments WYCO光学轮廓仪、使用白光干涉法来测量粗糙度。
可以通过在成型之前将导电层置于模具中、通过将导电层层压在磁介电材料上、通过直接激光结构化、或者通过经由粘合层将导电层附着至基片来施加导电层。例如，层压的基片可以包括可以位于导电层与磁介电材料之间的可选的多氟烃膜，以及可以位于多氟烃膜与导电层之间的微玻璃增强的氟碳聚合物层。微玻璃增强的氟碳聚合物层可以增强导电层向磁介电材料的粘附。微玻璃(microglass)可以以基于层的总重量的4wt％至30wt％的量存在。微玻璃可以具有小于或等于900微米，特别地小于或等于500微米的最长长度尺度。微玻璃可以是可通过科罗拉多州丹佛市Johns-Manville公司在市场上买到的类型的微玻璃。多氟烃膜包括含氟聚合物(例如，聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(例如，Teflon FEP)以及含有具有完全氟化烷氧基侧链的四氟乙烯骨架的共聚物(例如，TeflonPFA))。
可以通过激光直接成型来施加导电层。此处，磁介电材料可以包括激光直接成型添加剂，使用激光照射基片的表面，以形成激光直接成型添加剂的轨迹，并且将导电金属施加至轨迹。激光直接成型添加剂可以包括金属氧化物颗粒(例如，钛氧化物和铜铬氧化物)。激光直接成型添加剂可以包括基于尖晶石的无机金属氧化物颗粒，例如尖晶石铜。可以例如利用包括锡和锑的组合物(例如，基于涂层的总重量的50wt％至99wt％的锡和1wt％至50wt％的锑)来涂覆金属氧化物颗粒。激光直接成型添加剂可以包括基于100份的相应组合物的2份至20份的添加剂。可以利用具有1,064纳米的波长的YAG激光器在10瓦特的输出功率、80千赫兹(kHz)的频率和3米/秒的速率下执行照射。可以使用镀制工艺在包括例如铜的化学镀液中施加导电金属。
可替选地，可以通过粘附地施加导电层来施加导电层。在实施方式中，导电层是电路(另一电路的金属化层)，例如柔性电路。例如，粘合层可以设置在导电层与基片中的一者或两者之间。粘合层可以包括聚亚芳基醚；以及包括丁二烯、异戊二烯或者丁二烯和异戊二烯单元以及0至小于或等于50wt％的可共固化单体单元的羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物；其中，粘合层的组成与基片层的组成不同。粘合层可以以每平方米2克至15克的量存在。聚亚芳基醚可以包括羧基官能化的聚亚芳基醚。聚亚芳基醚可以是聚亚芳基醚和环酐的反应产物，或聚亚芳基醚和顺丁烯二酸酐的反应产物。羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是羧基官能化的丁二烯-苯乙烯共聚物。羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物与环酐的反应产物。羧基官能化的聚丁二烯或聚异戊二烯聚合物可以是马来化的(maleinized)聚丁二烯-苯乙烯或马来化的聚异戊二烯-苯乙烯共聚物。在电路材料的特定材料和形式允许的情况下，可以使用本领域已知的其他方法来施加导电层，例如，电沉积、化学气相沉积、层压等。
导电层可以是图案化的导电层。磁介电材料可以包括位于磁介电材料的相反侧上的第一导电层和第二导电层。
制品可以包括磁介电材料。制品可以是天线。制品可以是微波器件，例如天线或电感器。制品可以是变压器、天线、电感器或抗电磁界面材料。制品可以是诸如贴片天线、倒F天线或平面倒F天线的天线。制品可以是例如用于无线充电的磁母线、NFC屏蔽材料、或电子带隙超材料。
磁介电材料可以用在微波吸收或微波屏蔽应用中。
制品可以是包括磁介电材料和介电材料的多频制品，介电材料包括基于介电材料的总体积的0vol％至2vol％的六角铁氧体微纤维。介电材料可以包括与磁介电材料的聚合物相同或不同的聚合物以及与磁介电材料的填料相同或不同的填料(例如，介电填料或阻燃剂)。多频制品可以能够用作天线，其中，介电材料在第一频率范围处工作并且磁介电材料在第二频率范围处工作。例如，磁介电材料和介电材料之一可以在大于或等于某一值的频率处工作，而另一材料可以在小于该值的频率处工作，其中，所述值为1GHz至2GHz。在1至2中的具体值可以取决于天线类型和该天线中的损耗容限。
图6是多频磁介电材料的顶视图的图示，其中，第一导电层20设置在磁介电基片10和介电基片30的上方。图6示出了第一导电层20可以关于磁介电基片10和介电基片30不对称。相反，第一导电层20可以在磁介电基片10和介电基片30上是对称的。例如，导电层可以基于期望的辐射频率和基片特性在磁介电基片和介电基片中的每个上被图案化以在期望的频率范围内进行谐振和辐射。可以通过(例如，通过反应注射成型的热塑性或热固性材料的)二次注射成型工艺来形成多频磁介电材料，该二次注射成型工艺包括：对磁介电材料和介电材料之一进行第一注射成型，并且然后，对磁介电材料和介电材料中的第二个进行第二注射成型。
以下阐述了包括六角铁氧体纤维的磁介电材料、制备方法及其用途的非限制性实施方式。
实施方式1：一种磁介电材料，包括：聚合物基体；以及多个六角铁氧体微纤维；其中，所述磁介电材料具有在1GHz处或1GHz至2GHz处测定的在与所述磁介电材料的宽表面平行的x方向上的2.5至7、或2.5至5的磁导率以及小于或等于0.03的磁损耗正切。
实施方式2：根据实施方式1所述的磁介电材料，其中，所述磁介电材料包括基于所述磁介电材料的总体积的10vol％至60vol％的所述多个六角铁氧体微纤维。
实施方式3：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括Z型六角铁氧体、W型六角铁氧体、U型六角铁氧体、X型六角铁氧体、Y型六角铁氧体或包括前述中至少之一的组合；或者其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括Z型六角铁氧体。
实施方式4：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括Ni、Co、Cr、Au、Ag、Cu、Gd、Pt、Ba、Bi、Ir、Mn、Mg、Mo、Nb、Nd、Sr、V、Zn、Zr、N、C或包括前述中至少之一的组合。
实施方式5：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括具有以下化学式的钴Z型六角铁氧体：(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41，其中，x为0.01至0.2，y为20至24，并且z为0至3。
实施方式6：根据前述实施方式中至少一个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维具有大于或等于10、或者大于或等于50的纤维长度与纤维直径的长径比。
实施方式7：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，多个六角铁氧体微纤维具有以下中的一者或两者：0.3微米至10微米、或1微米至5微米的平均直径，以及100微米至5,000微米、或500微米至3,000微米的平均长度。
实施方式8：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括空心六角铁氧体微纤维。
实施方式9：根据实施方式8所述的磁介电材料，其中，所述空心六角铁氧体微纤维具有0.01微米至1微米的平均内径和0.3微米至20微米的平均外径中的一者或两者。
实施方式10：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括具有0.3微米至20微米的晶粒尺寸的多个晶粒。
实施方式11：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括多个晶粒；其中，50％至100％的数目的晶粒被定向成沿相应微纤维的xy平面。
实施方式12：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于所述磁介电材料的xy平面。
实施方式13：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于所述磁介电材料的xy平面并且沿x方向。
实施方式14：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，x方向上的磁导率是与所述宽表面垂直的z方向上的磁导率的0.75倍至2倍。
实施方式15：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述磁介电材料还包括介电填料、阻燃剂、或包括前述中至少之一的组合。
实施方式16：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，还包括多个空心陶瓷管。
实施方式17：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，具有以下中的一者或更多者：1GHz至2GHz、0.5GHz至50GHz的工作频率；在1GHz处或1GHz至2GHz处测定的小于或等于10、或者小于或等于8的磁导率；以及在1GHz处或1GHz至2GHz处测定的小于或等于0.005、或者小于或等于0.001的介电损耗正切。
实施方式18：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，还包括导电层。
实施方式19：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述聚合物基体包括聚烯烃、聚氨酯、聚乙烯、硅酮聚合物、聚醚、聚苯硫醚、或包括前述中至少之一的组合。
实施方式20：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述聚合物基体包括热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯。
实施方式21：根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料，其中，所述聚合物基体包括降冰片烯型聚合物。
实施方式22：一种制备根据实施方式1至19中任意一个或更多个所述的磁介电材料的方法，包括：对包括所述聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维的组合物进行注射成型；其中，所述聚合物基体包括热塑性聚合物。
实施方式23：一种制备根据实施方式1至21中任意一个或更多个所述的磁介电材料的方法，包括：对包括热固性聚合物基体组合物和所述多个六角铁氧体微纤维的组合物进行反应注射成型；其中，所述聚合物基体包括热固性聚合物。
实施方式24：根据实施方式22至23中任意一个或更多个所述的方法，包括：在存在磁场的情况下形成所述聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维，优选地，在存在磁场的情况下对所述聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维进行注射成型或反应注射成型。
实施方式25：一种包括根据前述实施方式中任意一个或更多个所述的磁介电材料的制品。
实施方式26：根据实施方式25所述的制品，其中，所述制品是天线、变压器、抗电磁界面材料、或电感器。
实施方式27：根据实施方式25所述的制品，其中，所述制品是微波器件。
实施方式28：根据实施方式25至27中任意一个或更多个所述的制品，包括所述磁介电材料和介电材料，所述介电材料包括基于所述介电材料的总体积的0vol％至2vol％的所述多个六角铁氧体微纤维。
术语“一”和“一个”不表示对数量的限制，而是表示存在所引用的项目中的至少一个。除非上下文另有明确指示，否则术语“或”意指“和/或”。贯穿整个说明书对“实施方式”、“另一实施方式”、“一些实施方式”等的提及意指结合所述实施方式描述的特定要素(例如，特征、结构、步骤或特性)被包括在本文中描述的至少一个实施方式中，并且可以存在或可以不存在于其他实施方式中。术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
通常，组合物、方法和制品可以可替选地包括本文中所公开的任何成分、步骤、或组分，由本文中所公开的任何成分、步骤、或组分组成，或者基本上由本文中所公开的任何成分、步骤、或组分组成。组合物、方法和制品可以另外地或可替选地被配制、实施或制造以便没有或基本上不含对于实现本权利要求书的功能或目标非必需的任何成分、步骤或组分。
除非本文中相反地指定，否则所有测试标准实际上均是直至本申请的申请日——或者，如果要求优先权，则是最早的其中出现测试标准的优先权申请的申请日——的最新标准。
针对相同组分或性质的所有范围的端点都包括端点在内、可独立地组合、并且包括所有中间点，例如，范围“最高达25wt％、或5wt％至20wt％”包括范围“5wt％至25wt％”的端点和所有中间值，例如10wt％至23wt％等。除非另外定义，否则本文中使用的技术术语和科学术语具有与由本公开内容所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。所有引用的专利、专利申请和其他参考文献的全部内容通过引用并入本文。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考文献中的术语相矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自所并入的参考文献的冲突术语。
虽然本文中已经描述了特征的特定组合，但是将理解的是，这些特定组合仅用于说明的目的，并且可以明确地或等同地、独立地或者与本文中公开的特征中的任何其他特征结合、以任何组合、以及全部根据实施方式来采用这些特征中的任何特征的任何组合。任何以及所有这样的组合都在本文中被考虑并且被认为在本公开内容的范围内。
尽管已经参照示例性实施方式对本公开内容进行了描述，但是本领域技术人员将理解的是，在不偏离本公开内容的范围的情况下，可以进行各种变化，并且等同物可以替代其要素。此外，在不偏离教示的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应教示。因此，意图是，本公开内容不限于作为所考虑的用于实现本公开内容的最佳或唯一模式而公开的特定实施方式，而是本公开内容将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方式。另外，在附图和说明书中，已经公开了示例性实施方式，并且尽管可能已经采用了特定术语，但是除非另有说明，否则它们仅以一般和描述性意义来使用，而不是用于限制的目的。
尽管已经描述了特定实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员可以想到目前预见的或可以预见的替选方案、修改、变化、改进、和实质等同物。因此，所提交的和其可能被修改的所附权利要求书意在涵盖所有这样的替选方案、修改、变化、改进和实质等同物。

Claims (24)

1.一种磁介电材料，包括：
聚合物基体；以及
多个六角铁氧体微纤维；
其中，所述磁介电材料具有在1GHz处或者1GHz至2GHz处测定的：
在与所述磁介电材料的宽表面平行的x方向上的2.5至7、或2.5至5的磁导率，以及
小于或等于0.03的磁损耗正切。
2.根据权利要求1所述的磁介电材料，其中，所述磁介电材料包括基于所述磁介电材料的总体积的10vol％至60vol％的所述多个六角铁氧体微纤维。
3.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括Z型六角铁氧体、W型六角铁氧体、U型六角铁氧体、X型六角铁氧体、Y型六角铁氧体或包括前述中至少之一的组合；或者其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括Z型六角铁氧体。
4.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括Ni、Co、Cr、Au、Ag、Cu、Gd、Pt、Ba、Bi、Ir、Mn、Mg、Mo、Nb、Nd、Sr、V、Zn、Zr、N、C或包括前述中至少之一的组合。
5.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括具有以下化学式的钴Z型六角铁氧体：
(BazSr(3-z))Co(2+x)MoxFe(y-2x)O41
其中，x为0.01至0.2，y为20至24，并且z为0至3。
6.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维具有大于或等于10、或者大于或等于50的长径比。
7.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维具有以下中的一者或两者：
0.3微米至10微米、或1微米至5微米的平均直径，以及
100微米至5,000微米、或500微米至3,000微米的平均长度。
8.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括具有0.3微米至20微米的晶粒尺寸的多个晶粒。
9.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维包括多个晶粒，并且其中，50％至100％的数目的晶粒被定向成沿相应微纤维的xy平面。
10.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于所述磁介电材料的xy平面。
11.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述多个六角铁氧体微纤维被定向成平行于所述磁介电材料的xy平面并且平行于所述xy平面的x方向。
12.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述磁介电材料在x方向上的磁导率是与所述宽表面垂直的z方向上的磁导率的0.75倍至2倍。
13.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述磁介电材料还包括介电填料、阻燃剂、或包括前述中至少之一的组合。
14.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，具有以下中的一者或更多者：
1GHz、或1GHz至2GHz的工作频率；
在1GHz处或在1GHz至2GHz处测定的小于或等于10、或者小于或等于8的磁导率；以及
在1GHz处或在1GHz至2GHz处测定的小于或等于0.005、或者小于或等于0.001的介电损耗正切。
15.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，还包括设置在所述磁介电材料的表面上的导电层。
16.根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述聚合物基体包括聚烯烃、聚氨酯、硅酮、聚醚、聚苯硫醚、或包括前述中至少之一的组合。
17.根据前述权利要求中任何一项或更多项所述的磁介电材料，其中，所述聚合物基体包括热固性聚丁二烯或热固性聚异戊二烯或热固性聚降冰片烯。
18.一种制备根据权利要求1至19中任意一项或更多项所述的磁介电材料的方法，包括：
对所述聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维进行注射成型，其中，所述聚合物基体包括热塑性聚合物。
19.一种制备根据权利要求1至20中任意一项或更多项所述的磁介电材料的方法，包括：
对热固性聚合物前驱体组合物和所述多个六角铁氧体微纤维进行反应注射成型。
20.根据权利要求18至19中任意一项或更多项所述的方法，包括：在存在磁场的情况下对所述聚合物基体和所述多个六角铁氧体微纤维进行注射成型或反应注射成型。
21.一种包括根据前述权利要求中任意一项或更多项所述的磁介电材料的制品。
22.根据权利要求21所述的制品，其中，所述制品是天线、变压器、抗电磁界面材料、或电感器。
23.根据权利要求22所述的制品，其中，所述制品是微波器件。
24.根据权利要求21至23中任意一项或更多项所述的制品，包括所述磁介电材料和介电材料，所述介电材料包括基于所述介电材料的总体积的0vol％至2vol％的所述多个六角铁氧体微纤维。
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