CN115335487B

CN115335487B - 导热电磁吸收材料

Info

Publication number: CN115335487B
Application number: CN202180023606.5A
Authority: CN
Inventors: 鲁中华; 巴德里·维拉拉加凡; 乔尔·S·佩弗; 杰弗里·A·托斯图鲁德; 金载源; 佐勒菲卡尔·A·汗; 珍妮弗·J·索科尔
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2041-03-23
Also published as: CN115335487A; WO2021198849A1; US11985805B2; US20230119856A1

Abstract

本公开提供了一种导热电磁吸收材料，该导热电磁吸收材料包括分散在粘结剂中的多个颗粒。该多个颗粒可具有具有至少三个峰的粒度分布，其中在该至少三个峰中的一个峰(而不是其他峰)的半最大值处的半宽度内的至少大多数颗粒至少部分涂覆有电磁吸收涂层。该多个颗粒可包括多个第一颗粒和第二颗粒，其中该第一颗粒的总数至多为该第一颗粒和该第二颗粒总数的1％，并且其中该第一颗粒比该第二颗粒更具电磁吸收能力。描述了包括该导热电磁吸收材料的膜、模制品和系统。

Description

导热电磁吸收材料

背景技术

电磁吸收材料可包括粘结剂中的电磁吸收颗粒。

导热材料可包括粘结剂中的导热颗粒。

发明内容

本公开总体上涉及既导热又吸收电磁的材料。该材料可包括多个导热电磁吸收第一颗粒和导热基本上非电磁吸收第二颗粒，其中该第一颗粒的总数至多为所有颗粒总数的1％。

在本公开的一些方面，提供了一种导热电磁吸收材料，该导热电磁吸收材料包括分散在粘结剂中的多个颗粒。该多个颗粒具有具有至少三个峰的粒度分布。在该至少三个峰中的一个峰(而不是其他峰)的半最大值处的半宽度(HWHM)内的至少大多数颗粒至少部分涂覆有电磁吸收涂层。

在本公开的一些方面，提供了导热电磁吸收材料。该材料包括分散在粘结剂中并且具有第一Dv50大小a1的多个第一颗粒和分散在该粘结剂中并且具有第二Dv50大小a2的多个第二颗粒，其中a1/a2≥1.5。该第一颗粒包括该第一颗粒和该第二颗粒总数的至多1％，并且比该第二颗粒更具电磁吸收能力，使得该材料沿至少一个方向具有至少2W/(m-K)的热导率，并且对于从约20GHz到约120GHz的频率范围内的至少一个频率，所述材料：具有小于约10的相对真实电容率；并且将具有该至少一个频率的基本上法向入射的辐射衰减至少5dB/mm。

在本公开的一些方面，提供了一种导热电磁吸收材料，该导热电磁吸收材料包括以至少约50％的体积负载分散在粘结剂中的多个导热颗粒。颗粒具有具有在粒度d1、d2和d3处的峰的粒度分布，其中d1＞d2＞d3。对应于粒度d1(而不是d2和d3)的峰的半最大值处的半宽度(HWHM)内的至少大多数颗粒至少部分涂覆有电磁吸收涂层。

提供了包括导热电磁吸收材料的膜、可注模的粒料、模制品和系统。

这些和其他方面将从以下详细描述中变得显而易见。但是，在任何情况下，本简要概述都不应解释为限制可要求保护的主题。

附图说明

图1是例示性导热电磁吸收材料的示意图。

图2A和图2B是例示性颗粒的示意性剖视图。

图3A和图3B是例示性粒度分布的示意图。

图4A和图4B是例示性粒度分布的示意图。

图5是粒度的例示性数量分布的示意图。

图6A和图6B是例示性经计算的粒度分布的曲线图。

图7是例示性双峰粒度分布的示意图。

图8A是例示性膜的示意性剖视图。

图8B是包括抗反射膜的例示性制品的示意性剖视图。

图8C是包括两个抗反射膜的例示性制品的示意性剖视图。

图9是例示性的多个粒料的示意图。

图10是例示性模制品的示意性剖视图。

图11是包括导热电磁吸收材料的例示性系统的示意图。

图12是设置在物体或装置上的例示性导热电磁吸收材料的示意性剖视图。

图13和图14分别是针对示例性材料和对比材料的相对电容率的实部以及所吸收和所反射功率的曲线图。

图15和图16是相对电容率的实部和损耗角正切的曲线图。

图17是电磁吸收率相对于频率的曲线图。

图18A至图18C是针对已建模实施例的S11参数相对于频率的曲线图。

图19A至图19C是针对已建模实施例的电磁吸收相对于频率的曲线图。

具体实施方式

在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。

提供了既导热又吸收电磁的材料。导热电磁吸收颗粒可通过在导热非导电颗粒上涂覆薄的一层金属(例如，钨)来提供。此类颗粒可分散在粘结剂中，以提供电磁吸收材料。然而，用单分散或近似单分散的颗粒难以实现高热导率。具有高体积负载(例如，至少约50％或至少约60％的体积负载)的颗粒的多峰分布可用于增加材料的热导率。然而，已经发现，当使用具有高负载的导热电磁吸收颗粒的多峰分布来增加热导率时，电磁吸收会降低。不旨在受理论的限制，据信这至少部分是由于反射率增加，导致较少的电磁能量传播到可被吸收的材料中。然而，已经发现，当导热颗粒中仅一小部分(例如，小于颗粒总数的1％)包括电磁吸收涂层时，可实现高热导率(例如，至少约2W/(m-K))和高电磁吸收率(例如，在预定频率范围内至少约5dB/mm)。通过在仅一小部分颗粒上包括电磁吸收涂层，与所有或甚至大多数颗粒被涂覆的情况相比，相对电容率的实部可被减小。此已减小的相对真实电容率可导致来自导热电磁吸收材料的表面反射减小。

导热材料是沿至少一个方向具有至少约1W/(m-K)的热导率的材料。在一些实施方案中，导热材料沿至少一个方向具有至少约1.5W/(m-K)、或至少约2W/(m-K)、或至少约2.5W/(m-K)、或至少约3W/(m-K)的热导率。例如，沿至少一个方向，热导率可在约2W/(m-K)或约2.5W/(m-K)至约7W/(m-K)或约5W/(m-K)的范围内。导热颗粒可具有至少2W/(m-K)、或至少5W/(m-K)、或至少10W/(m-K)、或至少20W/(m-K)、或至少30W/(m-K)的热导率(例如，沿至少一个方向)。在一些情况下，沿至少两个正交方向(例如，在导热板或薄片的平面中，或在三个方向中的每个方向上延伸的颗粒中沿三个相互正交方向中的每一者)，颗粒的热导率为至少2W/(m-K)、或至少5W/(m-K)、或至少10W/(m-K)、或至少20W/(m-K)、或至少30W/(m-K)。例如，可根据ASTM D5470-17测试标准来确定热导率。

图1是例示性导热电磁吸收材料100的示意图。材料100包括分散在粘结剂40中的多个第一颗粒10、第二颗粒20和第三颗粒30。第一颗粒10通常比第二颗粒20大，该第二颗粒通常比第三颗粒30大。第一颗粒10(而不是第二颗粒20和第三颗粒30)，涂覆有电磁吸收涂层12。第二颗粒20和第三颗粒30通常比第一颗粒10多得多。在一些实施方案中，第一颗粒10的总数至多为第一颗粒10、第二颗粒20和第三颗粒30的总数的1％。已经发现，与在第二颗粒和/或第三颗粒上也包括电磁吸收涂层12相比，仅在较大的第一颗粒10上包括电磁吸收涂层12提供了经改善的吸收。

包括在导热电磁吸收材料中的颗粒可具有多峰粒度分布。在图1所例示的实施方案中，颗粒(第一颗粒10、第二颗粒20和第三颗粒30)具有三峰粒度分布。在一些实施方案中，包括另外的第四颗粒(例如，具有通常小于第三颗粒30的大小)，使得颗粒具有四峰粒度分布。在一些此类实施方案中，还包括其他另外的颗粒。在其他实施方案中，省略第二颗粒或第三颗粒中的一者，使得颗粒具有双峰粒度分布。

图1还示意性地例示了基本上法向入射(例如，在法线的20度内、或10度内、或5度内)的电磁波75，该电磁波具有在从f1到f2的频率范围内的频率f。可基于材料100的预期应用来选择频率范围f1至f2。例如，对于第五代(5G)无线通信系统，f1可以是约20GHz，并且f2可以是约120GHz或约40GHz。作为另一个实施例，对于汽车雷达应用，f1可以是约76GHz，并且f2可以是约81GHz。电磁波75可具有与材料100的大小或曲率半径相比较小的波束直径，使得波束可局部地基本上法向入射到材料100的表面的一部分上。在一些实施方案中，导热电磁吸收材料100对于基本上法向入射的电磁波75具有至少5dB/mm的电磁吸收率，该电磁波具有在从约20GHz到约120GHz或从约76GHz到约81GHz的频率范围内的至少一个频率f。例如，电磁吸收率可以是至少5.5dB/mm、或至少6dB/mm、或者在约5dB/mm到约10dB/mm的范围内。例如，可通过波导实验中测量的散射参数确定电磁吸收率(例如，可通过已测量的S11参数和S21参数确定复电容率，并且然后用于确定电磁吸收率)。散射参数是针对基本上法向入射到空气中的材料上的辐射而确定的，除非另有说明。

图2A和图2B是例示性颗粒10的示意性剖视图。在图2A和图2B的实施方案中，颗粒10包括至少部分涂覆有电磁吸收涂层12的芯11。在图2A的实施方案中，颗粒10仅部分涂覆有电磁吸收涂层12。部分涂层可包括多个涂层材料岛状物，并且在一些实施方案中，可包括岛状物中涂层材料的不同密度。在图2B的实施方案中，颗粒10完全涂覆有电磁吸收涂层12。在图2B的实施方案中，颗粒10另外至少部分地涂覆有材料14，这也可包括在图2A的实施方案中。虽然图2B中的涂层12和14示意性地示出为连续的，但是在一些实施方案中，涂层可仅仅是部分层，使下面的材料的仅一部分暴露。在一些实施方案中，涂层12是不连续的(例如，如图2A所例示的)，并且涂层14是连续的或基本连续的。在一些实施方案中，层12可具有例如约0.1nm至约100nm、或约0.5nm至约50nm、或约1nm至约20nm的平均厚度。在一些实施方案中，例如，层14可具有在约1nm到约100nm、或约1nm到约20nm范围内的平均厚度。层12和14可通过物理气相沉积(例如，磁控溅射)来施加，例如，如在美国专利4,612,242(Vesley等人)；美国专利5,389,434(Chamberlain等人)；美国专利7,727,931(Brey等人)；和8,698,394(McCutcheon等人)中所描述的。

如果涂层12基本上有助于包括颗粒10的材料100的电磁吸收率，则涂层12可以说是电磁吸收的(例如，在一些实施方案中，用不具有涂层12的等效颗粒替换颗粒10将使材料100的电磁吸收率降低至少20％、或至少40％、或至少60％)。包括在材料100中的基本不有助于材料100的电磁吸收率的颗粒可被称为基本上电磁非吸收颗粒。在一些实施方案中，材料100的大部分电磁吸收率是由于已涂覆颗粒10的存在而产生的。

导热颗粒可以是电绝缘的和/或可包括电绝缘芯(例如，至少100Ωm的电阻率)。在一些实施方案中，芯和/或未涂覆颗粒(例如，20、30)具有大于100Ωm、或大于200Ωm、或大于500Ωm、或大于1000Ωm的电阻率。在一些实施方案中，芯11是导热且电绝缘的。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，电磁吸收涂层12是导电的(例如，不超过200μΩcm的电阻率)和/或包括导电材料或由导电材料形成(例如，形成不连续岛状物的导电材料)。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，材料14是电绝缘的(例如，至少100Ωm的电阻率或在针对芯11所描述的范围中的任何范围内)。电阻率可在低频(例如，约1kHz或更低)或静态(直流电)下确定。

颗粒(例如，10、20和/或30)可具有任何合适的形状(例如，薄片、板、球体、球状体、椭圆体、不规则形状颗粒中的至少一者)。在一些实施方案中，至少大多数颗粒基本上是球形的。如果其颗粒的轮廓处于两个同心的真实球形轮廓之间的中间空间内，该颗粒可以被认为是基本上球形的，这两个球形轮廓的直径相差高达这些轮廓中较大轮廓直径的约30％。在一些实施方案中，至少大多数颗粒中的每个颗粒都处于两个同心的真实球形轮廓之间的中间空间内，这两个轮廓的直径相差高达这些轮廓中较大轮廓直径的约20％或10％。

例如，粒度分布可用数量分布或体积分布来表征。当存在数量少得多的大得多的颗粒和数量多得多的小得多的颗粒时，体积分布通常是有用的。累积粒度分布函数V(S)可被定义为使得V(S)是由大小不超过S的颗粒提供的颗粒总体积的分数(或百分比)，其中粒度是颗粒直径或等效直径(与颗粒具有相同体积的球体的直径)。例如，可在线性或对数标度上定义粒度分布函数。当存在具有基本上不同大小的颗粒时，对数标度通常是有用的。粒度分布f(S)可被定义为与dV(S)/dLog(S)成比例，使得Log(S1)和Log(S2)之间的f(S)相对于Log(S)的曲线下的面积与由大小在S1和S2之间的颗粒提供的颗粒总体积的分数(或百分比)成比例。分布函数分布f(S)被归一化，使得对于大粒度，累积分布函数V(S)接近1或100％。f(S)可由激光散射技术确定，例如，如本领域已知的。粒度的数量分布n(S)可类似地定义，使得在Log(S1)和Log(S2)之间的n(S)相对于Log(S)的曲线下的面积与由大小在S1和S2之间的颗粒提供的颗粒总数的分数(或百分比)成比例。除非另有说明，本文所描述的粒度分布可理解为体积分布，并且粒度分布的曲线图可理解为线性对数曲线图(分布函数值在线性y轴上，并且粒度在对数x轴上)。

图3A和图3B是例示性粒度分布115的示意图。第一颗粒10、第二颗粒20和第三颗粒30中任一者的粒度分布可大致如图3所描绘的。第一颗粒10、第二颗粒20和第三颗粒30中的其他颗粒的粒度分布也可大致如图3所描绘的，但是移位到不同的粒度范围。粒度分布115在粒度d处具有峰110，并且具有半最大值全宽度112。半最大值全宽度112的一半是半最大值处的半宽度(HWHM)。在峰110的半最大值处的半宽度(HWHM)内的粒度范围114(范围d±HWHM)在图3B中指出。粒度分布可用DvX值来表征，其中X是由粒度不超过DvX值的颗粒提供的颗粒总体积的百分比。例如，大小为Dv10或更小的颗粒提供了颗粒总体积的10％。类似地，大小为Dv50或更小的颗粒提供了颗粒总体积的50％。取决于分布的形状，Dv50值可与峰110的粒度d大致相同、或者可大于或小于粒度d。

图4A和图4B是例示性粒度分布215的示意图，其在所例示的实施方案中是三峰分布。粒度分布215在相应的第一粒度d1、第二粒度d2和第三粒度d3处具有第一峰110a、第二峰110b和第三峰110c，其中对应的相应半最大值全宽度为112a、112b和112c。第一峰110a、第二峰110b和第三峰110c可由相应的第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒(例如，对应于第一颗粒10、第二颗粒20和第三颗粒30)提供。在一些实施方案中，第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒中的一者(第一颗粒、第二颗粒或第三颗粒)涂覆有电磁吸收涂层，而第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒中的其他颗粒没有涂覆有电磁吸收涂层。例如，在一些实施方案中，第一颗粒(而不是第二颗粒和第三颗粒)涂覆有电磁吸收涂层。第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒可具有第一Dv10值Dv10a、第二Dv10值Dv10b和第三Dv10值Dv10c；以及相应的第一Dv50值Dv50a、第二Dv50值Dv50b和第三Dv50值Dv50c。在一些实施方案中，Dv10a＞Dv50b并且Dv10b＞Dv50c。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，Dv50a在约30微米至约150微米的范围内，Dv50b在约5微米至约25微米的范围内，并且Dv50c在约0.5微米至约4微米的范围内。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，Dv50a在约50微米至约100微米的范围内，Dv50b在约7微米至约15微米的范围内，并且Dv50c在约1微米至约2.5微米的范围内。在一些实施方案中，d1在约40微米至约150微米的范围内，d2在约4微米至约30微米的范围内，并且d3在约0.5微米至约4微米的范围内。在一些实施方案中，d1在约50微米至约100微米的范围内，d2在约5微米至约20微米的范围内，并且d3在约1微米至约3微米的范围内。

图5是粒度的例示性数量分布245的示意图。在所例示的实施方案中，数量分布是三峰分布，并且具有对应于相应的第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒(例如，10、20和30)的第一峰210a、第二峰210b和第三峰210c。在一些实施方案中，第一颗粒的总数是第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒总数的一小部分(例如，至多1％、或至多0.1％、或至多0.01％)，如图5所示意地指出的。例如，如果Dv50a(参见例如，图4B)是Dv50c(参见例如，图4B)的约40倍，并且第一颗粒和第三颗粒的体积大致相同，则第三颗粒的数量与第一颗粒的数量的比率将为约40³＝64,000。在其他实施方案中，占颗粒总数一小部分的已涂覆的第一颗粒具有小于第二颗粒和第三颗粒中的至少一者的大小。

在一些实施方案中，导热电磁吸收材料100包括以至少约50％的体积负载分散在粘结剂40中的多个导热颗粒(例如，颗粒10、20和30)。颗粒具有包括在粒度d1、d2和d3处(其中d1＞d2＞d3)的峰的粒度分布(例如，分布215)。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，对应于粒度d1(而不是d2和d3)的峰的半最大值处的半宽度(HWHM)内的至少大多数颗粒至少部分涂覆有电磁吸收涂层12。在一些实施方案中，材料100包括以至少约50％、或至少约55％、或至少约60％、或至少约65％、或至少约70％的体积负载分散在粘结剂40中的多个导热颗粒。在一些实施方案中，导热颗粒的体积负载不超过约82％。

在一些实施方案中，导热电磁吸收材料100包括分散在粘结剂40中的多个颗粒(例如，颗粒10、20和30)。多个颗粒具有包括至少三个峰(例如，110a、110b和110c)的粒度分布(例如，分布215)。在该至少三个峰中的一个峰(例如110a)(而不是其他峰(例如110b和110c))的半最大值处的半宽度(HWHM)内的至少大多数颗粒至少部分地涂覆有电磁吸收涂层12。在一些实施方案中，该至少三个峰中的一个峰(而不是其他峰)的HWHM内的至少75％、或至少80％、或至少85％、或至少90％、或至少95％的颗粒至少部分地涂覆有电磁吸收涂层12。在一些实施方案中，至少部分涂覆有电磁吸收涂层12的至少三个峰中的该一个峰的HWHM内的至少大多数颗粒的至少20％、或至少30％、或至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％仅部分涂覆有电磁吸收涂层12(参见例如图2A)。在一些实施方案中，至少部分涂覆有电磁吸收涂层12的至少三个峰中的该一个峰的HWHM内的至少大多数颗粒另外涂覆有电绝缘材料14。在一些实施方案中，粒度分布215包括三种粒度d1、d2和d3处的峰，其中d1＞d2＞d3，并且对应于粒度d1(而不是d2和d3)的峰110a的HWHM内的至少大多数颗粒至少部分涂覆有电磁吸收涂层12。

在一些实施方案中，第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的负载量按重量或体积计为约A∶B∶C的比率，其中A在约2至约4的范围内，B在约0.5至约1.5的范围内，并且C在约0.5至约1.5的范围内。在一些实施方案中，A在约2.5至约3.5的范围内，B在约0.75至约1.25的范围内，并且C在约0.75至约1.25的范围内。在一个实施例中，第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的按重量或体积计为约3∶1∶1的比率；第一颗粒10具有约70微米的Dv50和约40微米的Dv10；第二颗粒20具有约10微米的Dv50和约4微米的Dv10；第三颗粒30具有约1微米到2微米的Dv50。

粒度分布可与图4A和图4B中示意性示出的显著不同。例如，峰的相对大小可与所例示的显著不同。在一些实施方案中，峰110a大于峰110b和110c。峰110b和110c可具有类似值，或者110b可以大于110c，或者110b可小于110c。作为另一个实施例，d1可另外向右移动(更大的粒度)和/或d2可另外向左移动(更小的粒度)，使得d2和d3更接近，并且d1和d2相隔较远。作为仍另一个实施例，d1和d2，和/或d2和d3可彼此移动得更接近。在一些实施方案中，针对峰110b和110c的分布合并成一个更宽的值。

图6A是包括第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的多个颗粒的例示性经计算的粒度分布f(S)的曲线图，该第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒分别具有相应单独的粒度分布，其中峰处于70微米、10微米和2微米处。当绘制在线性对数曲线图上时，针对第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的单独分布被认为具有正态分布的形状。第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的体积比为3∶1∶1。累积分布V(S)也示出在图中。

图6B是多个颗粒的例示性经计算的粒度分布f(S)和对应的累积分布V(S)的曲线图，其类似于图6A确定，不同之处在于第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的单独分布的宽度增加，并且第一颗粒、第二颗粒和第三颗粒的体积比为2∶1∶1。还示出了累积分布V(S)。当相邻峰之间的分布开始合并时，可通过将半最大值定义为相邻峰之间的分布的峰最大值和最小值之间的中间值来确定半最大值全宽度的(当分布开始与每一例的相邻峰合并时，可使用较大的最小值)。此半最大值全宽度可被称为半最大值局部全宽度。半最大值全宽度212a、212b和212c示意性地指出在曲线图上。

图7是例示性粒度分布315的示意图，其在所例示的实施方案中是双峰分布。粒度分布315在具有对应的半最大值全宽度(图中未标记)的相应的第一粒度和第二粒度处具有第一峰和第二峰。第一峰和第二峰可由相应的第一颗粒(例如，对应于第一颗粒10)和第二颗粒(例如，对应于第二颗粒20和/或第三颗粒30)提供。第一颗粒和第二颗粒可具有第一Dv10值Dv10a和第二Dv10值Dv10b；以及相应的第一Dv50值Dv50a和第二Dv50值Dv50b。第一颗粒的Dv50大小可表示为a1，并且第二颗粒的Dv50大小可表示为a2。在一些实施方案中，导热电磁吸收材料100包括分散在粘结剂40中并且具有第一Dv50大小a1的多个第一颗粒10和分散在粘结剂40中并且具有第二Dv50大小a2的多个第二颗粒(例如，颗粒20和/或30)。在一些实施方案中，a1/a2≥1.5、或a1/a2≥2、或a1/a2≥3、或a1/a2≥5。在一些实施方案中，50≥a1/a2≥1.5或20≥a1/a2≥2。在一些实施方案中，第一颗粒包括第一颗粒和第二颗粒总数的至多1％、或0.1％、或0.01％，并且比第二颗粒更具电磁吸收能力(例如，在一些实施方案中，第一颗粒(而不是第二颗粒)涂覆有电磁吸收涂层，如在别处另外描述的)。在一些实施方案中，第一颗粒包括颗粒总数的0.0001％至0.1％。在一些实施方案中，第一颗粒包括第一颗粒和第二颗粒总数的至多1％、或0.1％、或0.01％，并且包括第一颗粒和第二颗粒总体积的至少30％、或至少40％、或30％至80％。在一些实施方案中，至少大多数第一颗粒中的每个颗粒包括至少部分地涂覆有电磁吸收涂层12的导热电绝缘芯11。在一些实施方案中，电磁吸收涂层12是或包括导电材料。在一些此类实施方案中、或在其他实施方案中，至少大多数第一颗粒另外至少部分地涂覆有电绝缘材料14。

在一些实施方案中，第二颗粒具有多个峰而不是单个峰。在一些实施方案中，多个第二颗粒具有包括在粒度S1(例如，对应于图4A中描绘的d3)和S2(例如，对应于图4A中描绘的d2)处的峰的粒度分布，其中a1＞S1和S2。在一些实施方案中，多个第一颗粒具有包括在粒度d1处的峰的粒度分布，多个第二颗粒具有包括在粒度S1和S2处的峰的粒度分布，并且d1＞S1和S2。在一些实施方案中，至少大多数第二颗粒中的每个颗粒是导热且电绝缘的。

在本文所描述的实施方案中的任何实施方案中，材料100可沿至少一个方向具有至少2W/(m-K)的热导率。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，对于从约20GHz到约120GHz的频率范围内的至少一个频率f，材料100：具有小于约10的相对真实电容率；并且将具有该至少一个频率的基本上法向入射的辐射75衰减至少5dB/mm、或至少5.5dB/mm、或至少6dB/mm。例如，沿至少一个方向，热导率可在2W/(m-K)至7W/(m-K)或5W/(m-K)的范围内。沿该至少一个方向的热导率可以是至少2.5W/(m-K)或至少3W/(m-K)。在一些实施方案中，沿三个相互正交的方向中的每个相互正交的方向，热导率为至少2W/(m-K)、或至少2.5W/(m-K)、或至少3W/(m-K)。在一些实施方案中，例如，对于该至少一个频率f，材料100具有至少0.1、或至少0.2、或在0.1至1的范围内的损耗角正切。例如，相对真实电容率可小于约9、或者在约5至约10的范围内。在一些情况下，期望低的(例如，小于约10)相对真实电容率，因为这导致来自材料的表面反射减少。在一些实施方案中，抗反射膜设置在由材料100形成的层或制品的至少一个表面上，以另外减少表面反射。在其他实施方案中，材料100可具有约10或更高的真实相对电容率，这通常会导致由例如材料和空气的相对电容率的差异引起的表面反射，但是抗反射膜可设置在由该材料形成的层或制品的至少一个表面上以减少这些表面反射。

在一些实施方案中，粘结剂40是聚合物粘结剂。在一些实施方案中，粘结剂40包括尼龙、聚烯烃(例如，热塑性聚烯烃(TPO))、环氧树脂、硅树脂或丙烯酸酯中的至少一者。

在一些实施方案中，导热颗粒(例如10、20和/或30)包括金属氧化物、金属碳化物、金属水合物或金属氮化物中的至少一者。在一些实施方案中，导热颗粒(例如10、20和/或30)包括氧化铝(例如α氧化铝颗粒、基本上球形的氧化铝颗粒或多面体氧化铝中的一者或多者)、氮化硼、氧化镁、氧化锌、氮化铝、碳化硅、氮化铝或氢氧化铝中的至少一者。

在一些实施方案中，电磁吸收涂层12包括金属或半导体。在一些实施方案中，电磁吸收涂层12包括钨、铝、钛、钢、铬或镍中的一者或多者。在一些实施方案中，电磁吸收涂层12包括钨。通常期望当电磁吸收涂层12是金属时，其足够薄以至于在期望的频率范围内产生显著的电磁吸收(例如，通过如Bowler在2006年8月的“电气与电子绝缘汇刊(IEEETransactions on Dielectrics and Electrical Insulation)”，第13卷，第4期，第703页到711页，“在复合材料中使用多层填料颗粒设计微波频率下的介电损耗(designDielectric Loss at Microwave frequency using Multi-Layered Filler Particlesin a Composite)”中描述的介电松弛)。当金属层被溅射到颗粒上时，倾向于形成单层的诸如钨的金属通常是优选的。

在一些实施方案中，涂覆有涂层12的颗粒另外涂覆有电绝缘材料14(例如，参见图2B)。材料14可以是诸如氧化铝的不导电金属氧化物。

在一些实施方案中，材料100以可注模的粒料、模制品或膜的形式提供。例如，材料100可通过在高温下(例如，高于粘结剂的熔点)将颗粒与粘结剂混合来形成。例如，材料100然后可被挤压成膜，或者例如可通过挤压造粒形成粒料。另选地，可通过研磨或以其他方式对材料进行造粒，由挤出或以其他方式形成的材料形成粒料。例如，粒料可用于通过注模形成制品。

图8A是例示性膜200的示意性剖视图，该膜可包括例如导热电磁吸收材料100或由该导热电磁吸收材料形成。在所例示的实施方案中，膜大致在正交的第一方向和第二方向(x方向和y方向)上延伸。膜200具有相对的第一主表面51和第二主表面52以及第一主表面51和第二主表面52之间的间距h(z方向上的厚度)。在一些实施方案中，间距h在约0.1mm和约5mm之间或在约0.5mm和约5mm之间。针对膜所选择的厚度可取决于期望衰减的频率范围(例如，较厚的膜可用于较低的频率)和/或期望的电磁吸收(例如，较厚的膜可用于较高的吸收)。在一些实施方案中，膜200沿膜200的厚度方向(z方向)在第一主表面51和第二主表面52之间具有至少2W/(m-K)、或至少2.5W/(m-K)、或至少3W/(m-K)的热导率。例如，热导率可在2W/(m-K)或2.5W/(m-K)至7W/(m-K)或5W/(m-K)的范围内。

在一些实施方案中，抗反射膜设置在包括导热电磁吸收材料100的膜或其他制品的至少一个表面(例如，主表面或相对的主表面)上。例如，抗反射膜可设置在膜200的第一主表面51和第二主表面52中的至少一者上。抗反射膜可包括一个或多个四分之一波长层。包括四分之一波长层的抗反射膜在本领域中是已知的，该抗反射膜可具有选定的折射率以减少或最小化反射。抗反射膜可包括一个层、两个层或多个层。包括更多数量的层可在更大的波长范围内提供抗反射效果。已经发现，包括一个或多个抗反射膜可增加导热电磁吸收材料100在所期望频率范围内的电磁吸收率。

图8B是包括设置在层250上的抗反射膜220的例示性制品251的示意性剖视图，该层可包括例如导热电磁吸收材料100或由该导热电磁吸收材料形成。层250可对应于例如膜200或在别处另外描述的模制品350。例如，膜220可以是针对约20GHz至约120GHz范围内的至少一个频率的抗反射膜。例如，抗反射膜220可以是或包括四分之一波长层或四分之一波长叠层。在所例示的实施方案中，抗反射膜220包括第一层221和第二层222，例如，对于约20GHz到约120Ghz范围内的至少一个频率，层中的每个层可具有约1/4波长的光学厚度(或等效地，对于频率f和真实相对电容率ε，约1/4c/(f√ε)的物理厚度，其中c是真空中的光速)。在一些实施方案中，抗反射膜220包括至少第一层221和第二层222，并且可另外包括另外的层(例如，另外的四分之一波长层)。在一些实施方案中，对于约20GHz到约120GHz范围内的至少一个频率，第一层221具有小于第二层222的真实相对电容率，并且第二层222具有小于层250的真实相对电容率。在一些实施方案中，对于在约20GHz到约120GHz范围内的至少一个频率，第一层221具有在约1.1到约2范围内的真实相对电容率，层250具有小于约10的真实相对电容率，并且第二层222具有大于第一层221的真实相对电容率并且小于层250的真实相对电容率的真实相对电容率。

还可任选地包括第二抗反射膜。例如，在一些情况下，期望减少来自两个不同方向的反射。图8C是例示性制品252的示意性剖视图，该制品包括设置在层250的第一主表面151上的第一抗反射膜220a和设置在层250的相对的第二主表面152上的第二抗反射膜220b。膜220a和膜220b中的每一者都可以是用于约20GHz至约120GHz范围内的至少一个频率的抗反射膜。第一抗反射膜220a和第二抗反射膜220b可相同或不同(例如，为不同的层数或不同的层组成)。抗反射膜中的一者或两者可与层250的相应主表面基本上共同延伸，或者主表面中的至少一个主表面的至少一部分可被暴露，以提供层250与相邻物体或装置的经改进的热接触。

在一些实施方案中，第一层221和第二层222包括分散在粘结剂中的颗粒。在一些实施方案中，第一层221和第二层222以及层250或材料100具有粘结剂，该粘结剂具有相同组合物。在一些实施方案中，第一层221和第二层222中的至少一者的颗粒中的至少一些颗粒至少部分地涂覆有电磁吸收涂层。例如，第一层221和第二层222可包括如对材料100通常描述的多个颗粒，除了第一层221和第二层222可包括较低浓度的颗粒和/或颗粒中的至少一些颗粒可用低介电常数颗粒(例如，中空颗粒)代替。在一些实施方案中，第一层221和第二层222的真实相对电容率可通过调整相应层中颗粒的浓度和类型来调整。在一些实施方案中，通过使用中空颗粒(例如，任选地涂覆有电磁吸收涂层的玻璃或塑料气泡)和/或使用泡沫粘结剂来实现较低的电容率。例如，在一些实施方案中，第一层221和第二层222中的至少一者包括分散在粘结剂中的中空颗粒。在一些实施方案中，对于约20GHz到约120GHz范围内的至少一个频率，第一层221具有小于第二层222的损耗角正切的损耗角正切，并且第二层222具有小于层250的损耗角正切的损耗角正切。在一些实施方案中，对于约20GHz至约120GHz范围内的至少一个频率，层250具有约0.1或约0.2至约1范围内的损耗角正切，第一层221具有大于约0.05的损耗角正切，并且第二层222具有大于第一层221的损耗角正切且小于层250的损耗角正切。

图9是例示性的多个粒料300的示意图。粒料300可以是由导热电磁吸收材料100形成的可注模的粒料。在一些实施方案中，提供多个可注模的粒料300，其中至少大多数粒料中的每个粒料包括本文别处描述的导热电磁吸收材料。在一些实施方案中，至少60重量％或至少80重量％或粒料300中的基本上所有粒料包括导热电磁吸收材料。

在一些实施方案中，提供了包括本文别处描述的导热电磁吸收材料的模制品。图10是例示性的模制品350的示意性剖视图，该模制品可通过例如注模粒料300来形成。对于期望的应用，模制品350可具有任何合适的形状。

导热电磁吸收材料和/或由该材料形成的膜或其他制品可用于各种应用。这些材料、膜或制品可用于期望电磁屏蔽和/或热导率的应用中。

图11是包括物体或装置410和导热电磁吸收材料450的例示性系统400的示意图。物体或装置410包括单独的物体或设备410a、410b、410c和410d。物体或装置410a、410b、410c和410d中的一者或多者可任选地被省略，或者可包括另外的物体或装置。材料450可对应于材料100，并且可呈(例如)膜或模制品的形式。可包括材料450以将物体或装置410a和410b彼此电磁屏蔽，并将物体或装置410c和410d彼此电磁屏蔽。另选地或除此之外，可包括材料450来输送(例如，减少热点)和消散由物体或装置410生成的热量。另外的材料450可被包括在物体或装置410a和410c之间和/或物体或装置410b和410d之间。例如，系统400可以是第五代(5G)无线通信系统、传感器系统或雷达系统中的一者或多者。在一些实施方案中，物体或装置410是天线，并且物体或装置410a、410b、410c和410d是不同的间隔开的天线元件的阵列(例如，在5G无线通信系统中)。在其他实施方案中，物体或装置410a、410b、410c和410d是多个不同的间隔开的天线(例如，在传感器系统中)。在其他实施方案中，物体或装置410a、410b、410c和410d是电磁接收器和/或发射器(例如，雷达系统中的雷达发射器)。

系统400可包括此类物体或装置520的另外的部件，其中导热电磁吸收材料550设置在物体或装置520上，如图12所示意性例示的。导热电磁吸收材料550可对应于例如材料100或450。抗反射膜可任选地设置在材料550或450上(参见例如图8B至图8C)。例如，物体或装置520可以是金属物体、集成电路或电路板。

在一些实施方案中，系统400是第五代(5G)无线通信系统。在一些实施方案中，5G无线通信系统包括天线(例如，物体或装置410)，该天线包括不同的间隔开的天线元件(例如，物体或装置410a、410b、410c和410d)的阵列，这些天线元件被配置为接收和发射具有在约20GHz和约120GHz之间的频率的信号423和/或424中的至少一者。5G无线通信系统另外包括设置在天线元件阵列中的至少两个天线元件(例如，410a和410b)之间的导热电磁吸收材料450。该天线可以是被配置以5G频带进行操作的第五代(5G)天线。

在一些实施方案中，系统400是传感器系统。在一些实施方案中，传感器系统包括多个不同的间隔开的天线(例如，410a、410b、410c和410d)，其被配置为接收和发射具有在约20GHz和约120GHz之间的频率的信号423和/或424中的至少一者，并且包括导热电磁吸收材料450。导热电磁吸收材料450可靠近多个不同的间隔开的天线设置。在一些实施方案中，导热电磁吸收材料450设置在至少两个天线之间。在一些实施方案中，传感器系统包括集成电路(例如，物体或装置520)和设置在集成电路上的导热电磁吸收材料(例如，材料550)(例如，以减少电磁干扰)。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，传感器系统包括金属物体(例如，物体或装置520)和设置在金属物体上的导热电磁吸收材料(例如，材料550)(例如，以减少来自金属物体的不期望的反射)。在一些实施方案中，传感器系统是包括雷达发射器的雷达系统，这些雷达发射器包括天线。

在一些实施方案中，系统400是雷达系统。在一些实施方案中，雷达系统包括至少第一雷达发射器和第二雷达发射器(例如，物体或装置410a和410b)以及设置在第一雷达发射器和第二雷达发射器之间的导热电磁吸收材料450。可任选地包括另外的雷达发射器。在一些实施方案中，第一雷达发射器和第二雷达发射器被配置为发射频率在约76GHz和约81GHz之间的信号423。可包括材料450以电磁屏蔽和/或输送来自第一雷达发射器和第二雷达发射器的热量。雷达系统还可包括集成电路和/或金属物体，其中导热电磁吸收材料(例如，材料550)设置在集成电路和/或金属物体上，如在别处另外描述的。

实施例

材料

使用激光粒度仪(LS-POP(6)可从中国广东OMEC仪器公司(OMEC Instruments，Guangdong，China)购得)通过激光散射测量BAK-70和BAK-10颗粒的粒度分布。确定了选定的DvX值，并总结在下表中。

BAK-70氧化铝颗粒的钨涂层

使用5″×12″矩形钨(W)溅射靶来用于生产W薄膜涂覆的氧化铝颗粒。用于制备涂覆有W薄膜的颗粒的设备在美国专利8,698,394中描述(McCutcheon等人)。将5786.29g的BAK-70氧化铝颗粒装载到定位在真空室内部的颗粒搅拌器组件中。真空室被抽气至1×10^-6托的基准压力。在5毫托的氩溅射气体压力下，在1.0kW下溅射钨6小时。用氩回填该室，去除一小部分涂覆有钨的氧化铝颗粒，并且测得粉末电阻率为150ohm-cm。W涂层的估计厚度为6nm-7nm。

钨涂覆的BAK-70氧化铝颗粒上的氧化铝(AlOx)涂层

如美国专利5,389,434中一般描述的，制得氧化铝涂层来封装W薄膜以防止氧化(Chamberlain等人)。在相同的溅射涂布机中使用5″×8″铝靶，并溅射铝。通过除溅射氩气外还以25sccm(标准立方厘米每分钟)的速率供入氧气，在上面涂布AlOx层。总压力保持在10毫托。在15rpm的颗粒搅拌下，施加5.00kW的阴极功率5小时。在5小时结束时，将该室通风至环境条件，并将颗粒从搅拌器中去除。最终氧化铝涂层的粉末电阻率＞30E+06欧姆-厘米范围。

实施例1：涂覆有钨和AlOx的BAK-70氧化铝的环氧复合材料

使用W和AlOx涂覆的氧化铝、未涂覆的氧化铝和3M 2216两部分环氧树脂制得氧化铝总体积负载为70％的氧化铝已负载环氧树脂复合材料。

将120.34g的W-AlOx涂覆的BAK-70氧化铝、40.1g的BAK-10氧化铝和40.1g的TM-1250(比率为3∶1∶1)在高速混合器中以2000rpm混合2分钟。向其中分别添加11.2g的A部分和B部分中的每一者的3M 2216环氧树脂，并用手彻底混合。将混合物放置在快速混合器中，在1200rpm下、在30托的真空下混合90秒。然后将混合物倒入缺口棒中的两个衬垫之间，并制成1mm至2mm厚的片材。该复合材料在93℃下固化1小时。

根据ASTM D5470-17测试标准测量热导率，并确定为3.15W(m-K)。

比较例C1

如实施例1所描述的制得样品，除了在将颗粒与环氧树脂混合之前，如针对实施例1的BAK-70颗粒所描述的，用钨和氧化铝涂覆BAK-70颗粒、BAK-10颗粒和TM-1250颗粒。

比较例C2

如针对实施例1所描述的制得样品，除了仅使用BAK-30颗粒。如针对实施例1的BAK-70颗粒所描述的，用钨和氧化铝涂覆BAK-30颗粒。BAK-30颗粒的体积负载为约50体积％。根据ASTM D5470-17测试标准测量热导率，并确定为1.6W(m-K)。

电磁特性

对于频率范围为26GHz至40GHz的波导中的样品和对于频率范围为60GHz至90GHz的自由空间中的样品，确定散射参数S11和散射参数S21。复电容率由散射参数确定。

图13和图14分别是实施例1和比较实施例C1在26GHz至40GHz的频率范围内的相对电容率的实部以及吸收和反射功率的曲线图。从图12至图14可以看出，当仅BAK-70颗粒涂覆有钨时，吸收的功率显著更高。

图15和图16分别是对于实施例1的26GHz至40GHz和60GHz至90GHz的频率范围的相对电容率的实部和损耗角正切(tan)的曲线图。

图17是由样品的复电容率计算的60GHz至90GHz频率范围的实施例1的电磁吸收率的曲线图。

建模实施例M1至M3

进行电磁模拟以确定散射参数S11和散射参数S21以及对于不具有抗反射膜的类似于实施例1的导热电磁吸收材料层(建模实施例M1)、具有面向发射器的非电磁吸收抗反射膜的层(建模实施例M2)和具有面向发射器的电磁吸收抗反射膜的层(建模实施例M3)的吸收。考虑导热电磁吸收材料层的厚度(h)范围为0.5mm至1.3mm。抗反射膜包括第一层(例如，对应于图8B所例示的层221)和第二层(例如，对应于图8B所展示的层222)，其中这些层被建模为四分之一波长(QW)层。下表总结了介电常数(真实相对电容率)和层厚度。

导热电磁吸收材料被建模为具有0.35的损耗角正切，并且对于建模实施例M3，第一QW层和第二QW层被建模为分别具有0.15和0.25的损耗角正切。

对于约10GHz到约150GHz的频率范围，在图18A至图18C中分别示出了用于建模实施例M1-M3的经计算的S11(反射)参数。对于约10GHz到约150GHz的频率范围，建模实施例M1-M3的经计算的电磁吸收分别在图19A至19C中示出。

诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。

上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。

除非另外指出，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样适用于其他附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型或组合。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims

1.一种导热电磁吸收材料，所述导热电磁吸收材料包括分散在粘结剂中并且具有第一Dv50大小a1的多个第一颗粒和分散在所述粘结剂中并且具有第二Dv50大小a2的多个第二颗粒，a1/a2≥1.5，所述第一颗粒包括所述第一颗粒和所述第二颗粒总数的至多1％，并且所述第一颗粒比所述第二颗粒更具电磁吸收能力，使得所述材料沿至少一个方向具有至少2W/(m-K)的热导率，并且对于从20GHz到120GHz的频率范围内的至少一个频率，所述材料：

具有小于10的相对真实电容率；并且

将具有所述至少一个频率的基本上法向入射的辐射衰减至少5dB/mm，所述基本上法向入射是指入射角度在法线的20度内；

其中所述多个第一颗粒具有包括在粒度d1处的峰的粒度分布，所述多个第二颗粒具有包括在粒度S1和粒度S2处的峰的粒度分布，并且d1>S1和S2；并且

其中对于所述至少一个频率，所述材料具有至少0.1的损耗角正切。

2.一种膜，所述膜包括根据权利要求1所述的导热电磁吸收材料。

3.一种注模制品，所述注模制品包括根据权利要求1所述的导热电磁吸收材料。

4.一种制品，所述制品包括设置在包括根据权利要求1所述的导热电磁吸收材料的层上的针对在20GHz至120GHz范围内的至少一个频率的抗反射膜。

5.一种第五代(5G)无线通信系统，所述无线通信系统包括天线，所述天线包括不同的间隔开的天线元件的阵列，所述不同的间隔开的天线元件的阵列被配置为接收具有在20GHz和120GHz之间的频率的信号和发射所述信号中的至少一者；以及

根据权利要求1所述的导热电磁吸收材料，所述导热电磁吸收材料设置在所述天线元件的阵列中的至少两个天线元件之间。

6.一种传感器系统，所述传感器系统包括多个不同的间隔开的天线，所述多个不同的间隔开的天线被配置为接收具有在20GHz和120GHz之间的频率的信号和发射所述信号中的至少一者；以及

根据权利要求1所述的导热电磁吸收材料。