CN1292632C

CN1292632C - 电磁波吸收剂

Info

Publication number: CN1292632C
Application number: CNB031540406A
Authority: CN
Inventors: 细江晃久; 新田耕司
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2023-08-14
Also published as: US6850182B2; CN1484487A; US20040032360A1

Abstract

提供一种包括软磁材料的扁平粉末和粘结材料的电磁波吸收剂，其中软磁材料扁平粉末的组成是Ni-30-60%Fe，和电磁波吸收剂比常规吸收剂更薄，具有高的1-3GHz电磁波吸收性能。

Description

电磁波吸收剂

技术领域

本发明涉及电磁波吸收剂，该电磁波吸收剂用于防止通讯设备和电子设备中产生的不必要电磁波的外部泄漏，用于防止由内部电路中相互干扰引起的故障，该相互干扰是由于该不必要的电磁波，和也用于防止由外部电磁波的不利效果。更特别地，本发明涉及包括复合磁性材料的电磁波吸收剂，该复合磁性材料含有分散在粘结材料中的软磁材料粉末。

背景技术

当制造更小，更轻，和更复杂的电子设备和电子组件的组装密度急剧增加时，关于EMC(电磁相容性)的问题更容易发生，其中不必要的电磁波从通讯设备和电子设备的电路泄漏或这样的电磁波引起设备发生故障。

此外，由于近来的通讯和数字技术进步，应用的频率变得更高，使得不同于常规观点的观点对于解决EMC是必须的。此外，在近来快速推广的移动电话中，也指出了辐射电磁波对人体有利影响的可能性。

对于抗不必要电磁波产生和泄漏和由电磁干扰引起的故障的措施，一般采用向不必要电磁波来源提供屏蔽或在传输线路中插入抗流线圈或滤波器的方法。同这样的方法一起，也提出了靠近电子组件和电路，提供电磁波吸收剂的方法并将该方法投入实际使用，该电磁波吸收剂含有分散在粘结材料如橡胶或聚合物材料中的软磁材料粉末。此电磁波吸收剂的加工性能和组装能力优异和是非常可实行的(“新电磁波吸收剂的近来技术和应用”，1993年3月10日，CMC，124-125页，日本未审查专利申请11-87117、11-354973、2000-4097、和2002-158488)。

然而，根据上述更小，更轻，和更复杂电子设备和更高频率的目前要求，也要求解决高频率的特别薄的高性能元件作为抗不必要电磁波措施的元件。

由虚部相对磁导率μ”和材料厚度的乘积，确定电磁波吸收剂的电磁波吸收性能。因此，当尝试降低厚度时，应当增加虚部相对磁导率μ”的数值。具体地，近来要求1.0mm或更小的厚度，和在此情况下，要求必须的虚部相对磁导率μ”(imaginary part relative permeability)为10或更大的数值。

通常地，在日本未审查专利申请11-81117、11-354973、2002-158488等中提出了包括如下物质的电磁波吸收剂：与粘结材料，如橡胶或聚合物材料结合的合金粉末，该合金广泛已知为软磁材料，如Fe-Al-Si(Sendust)、Fe-Si(硅钢)、或Ni-Fe(Permalloy)。通过使此磁性材料粉末的形状变平，在高频率范围增加虚部相对磁导率μ”。

虚部相对磁导率μ”由频率改变，但采用以上的常规扁平合金粉末，虚部相对磁导率μ”在1GHz或更小处显示最大值，和在许多情况下，它在1GHz或更大的频率范围下单调降低。因此，虚部相对磁导率μ”的数值在1-3GHz的频率范围下不足够，近来在手提电话等中促进它的应用。此外，采用一些常规扁平合金粉末，其中虚部相对磁导率μ”在1GHz或更大处显示最大值(日本未审查专利申请11-87117)，虚部相对磁导率μ”自身的数值不足够。因此，当使用常规扁平合金粉末时，必须增加电磁波吸收剂的厚度。

包括软磁材料粉末和粘结材料的电磁波吸收剂的虚部相对磁导率μ”遵循对数混合规则。因此，为获得高的虚部相对磁导率μ”，已经采用高软磁材料粉末的体积分率。然而，如果增加软磁材料粉末的体积分率，电磁波的反射增加，它对于解决电子设备内串音等问题不是适当的。

因此，本发明的目的是提供包括软磁材料粉末和粘结材料的电磁波吸收剂，该吸收剂比常规吸收剂更薄，具有高的1-3GHz电磁波的吸收性能，在电子设备和通讯设备，特别是手提电话等中促进它的应用，和更优选，具有小的电磁波反射比。

本发明人研究用于在1-3GHz下增加电磁波吸收剂的虚部相对磁导率μ”而不增加反射比。结果是，已经发现通过使用包括Ni-30-60％Fe合金的软磁材料的扁平粉末，虚部相对磁导率μ”在1-3GHz下显示最大值，和可以获得较大的数值(例如，10或更大)。同样，已经发现在此情况下，通过限制软磁材料扁平粉末的平均直径，可以获得很小的电磁波反射比。基于这些发现完成本发明。

发明概述

本发明权利要求1的电磁波吸收剂包括软磁材料的扁平粉末和粘结材料，其中软磁材料扁平粉末的组成是Ni-30-60％Fe。

Ni-30-60％Fe表示包含30-60wt％Fe的Ni-Fe合金。可以由Ni-30-60％Fe合金在粘结材料中的取向分散，制造此电磁波吸收剂。

作为粘结材料，使用绝缘橡胶和聚合物材料等。考虑到粘结材料的功能，绝缘性能，和将电磁波吸收材料模塑成各种形状的模塑性，优选的例子包括苯乙烯树脂，如丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物树脂(ABS)和丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂(AS)、聚酯树脂，如聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚碳酸酯树脂、聚烯烃树脂，如聚乙烯、聚丙烯和氯化聚乙烯、纤维素树脂、聚氯乙烯树脂、和聚乙烯基缩丁醛树脂。

对于取向分散的方法，采用通常用于此技术领域的已知方法。

在本发明权利要求2的电磁波吸收剂中，权利要求1中软磁材料扁平粉末的平均直径(长和短直径的平均值)为30μm或更小。通过以此方式降低平均直径，可以在1-3GHz的频率范围下降低电磁波的反射比。结果是，1-3GHz的频率范围下，此电磁波吸收剂显示20％或更小的反射比。

对于软磁材料粉末的形状，需要平面度(平均直径/平均厚度)为约10-100。采用小于10的平面度，即使增加软磁材料的体积分率，粉末虚部相对磁导率μ”的改进也较小，和难以形成薄电磁波吸收剂。另一方面，采用大于100的平面度，在与橡胶或聚合物材料混合和分散期间，难以保持形状，和结果是，不能获得具有良好性能的电磁波吸收剂。

因此，在本发明权利要求3的电磁波吸收剂中，软磁材料扁平粉末的平面度为10-100。

然而，如果在粘结材料中分散软磁材料时，软磁材料粉末粒子附聚，发生粉末粒子的电接触，使得粉末直径显著增加。这使虚部相对磁导率μ”降低。因此，为防止粉末粒子的电接触，优选采用绝缘材料如有机物质或氧化物，涂敷(表面处理)软磁材料粉末的表面。

在本发明权利要求4的电磁波吸收剂中，采用有机物质或氧化物涂敷软磁材料扁平粉末的表面。此表面处理防止软磁材料粉末粒子的附聚。

用于软磁材料扁平粉末表面处理的氧化物包括绝缘材料如TiO₂和SiO₂。

作为用于扁平粉末表面处理的优选有机物质，可以例举十八烷硫醇和十八烷硫醇与钛酸酯偶合剂的混合物。

在本发明权利要求5的电磁波吸收剂中，采用十八烷硫醇或十八烷硫醇和钛酸酯偶合剂的混合物，涂敷软磁材料扁平粉末的表面。

因此，权利要求5相应于以上优选的方式。

附图简述

图1是显示在实施例1，2和3和对比例1和3中制备的电磁波吸收剂中，频率和虚部相对磁导率μ”之间关系的图。

图2是显示在实施例1，2和3和对比例1和3中制备的电磁波吸收剂中，软磁材料扁平粉末的组成(Fe浓度)和虚部相对磁导率μ”之间关系的图。

图3是显示在实施例1，4和5和对比例2中制备的电磁波吸收剂中，频率和反射比之间关系的图。

图4是显示在实施例1，4和5和对比例2中制备的电磁波吸收剂中，平均直径和反射比(reflectance)之间关系的图。

图5是显示在实施例6和7中制备的电磁波吸收剂中，频率和虚部相对磁导率μ”之间关系的图。

进行本发明的最好方式

如在以下实施例和对比例中说明的那样，将具有不同组成的Ni-Fe合金(称为Permalloy)粉末，该粉末由通用的水雾化方法(通过在水射流中雾化来自喷嘴的熔融金属而制造粉末的方法)制造，在超微磨碎机中研磨成扁平形状(20μm的平均直径和0.5μm的平均厚度)。在氯化聚乙烯中以一定的方式取向分散粉末，使得粉末的体积分率为48％以制备片。测量片的复磁导率(虚部相对磁导率μ”)。结果见图1。

对于Ni-Fe合金，已知Ni-22％Fe合金在静磁场中具有高软磁性能。从图1，看出采用Ni-22％Fe合金(对比例1和2)，虚部相对磁导率μ”接近0.5GHz显示峰值和在更高频率下单调降低。另一方面，当Fe含量增加时，峰值频率转换到更高的频率。由于以上的研究，发现采用30％或更大的Fe(实施例1，2和3)，峰值频率是1GHz或更大。

基于以上的研究结果，在图2中显示在1-3GHz下虚部相对磁导率μ”的数值，及Fe浓度由横轴表示。从此图，发现如果Fe浓度高于60％，则在宽频率范围下虚部相对磁导率μ”降低。(如上所述，Ni-22％Fe合金是包含22wt％Fe的合金，然而，依赖于产物存在约1％的浓度变化)。

因此，发现当在Ni-Fe合金中Fe浓度为30-60％时，在1-3GHz的频率范围下虚部相对磁导率μ”可具有最大值，和可以获得较大的数值，例如10或更大。

使用包括Ni-55％Fe合金和厚度为0.5μm，及体积分率为48％的软磁材料的扁平粉末，形成电磁波吸收剂。当将扁平粉末的平均直径变化到20、30、和50μm时，测量电磁波反射比的变化。结果由图3中的(a)，(b)，和(c)显示。平均直径是长和短直径的平均值，其中长直径是在扁平表面周围切向的两个平行线之间的最大距离，和短直径是最小距离。在图4中显示在1和3GHz下的反射比数值，及平均直由横轴表示。从图4，发现当平均直径降低时，反射比降低，和通过使平均直径为30μm或更小，在1-3GHz下的反射比可以肯定地为20％或更小。由于可以在以上频率范围下获得约10％的反射比，更需要平均直径为20μm或更小。然而，当从粉末由机械研磨形成扁平粉末时，实际上以上平均直径为5μm或更大。

实施例1

将由水雾化方法制备的Ni-55％Fe粉末制备为软磁材料粉末。在超微磨碎机中研磨粉末以使它的形状变平(20μm的平均直径和0.5μm的平均厚度)。随后，将粉末在650℃下在氮气气氛中退火2小时，以消除在变形步骤期间产生的应变。

然后，为防止由软磁材料粉末粒子的附聚引起的粉末直径显著增加，采用有机涂料，使用十八烷硫醇，由如下方法涂敷粉末表面。

首先，将10g十八烷硫醇(由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造)称重和加入到500ml乙醇(由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造的高质量试剂)中。将混合物搅拌以溶解十八烷硫醇，以制备十八烷硫醇的乙醇溶液。将100g软磁材料粉末称重和加入到十八烷硫醇的乙醇溶液中。将混合物采用螺旋浆搅拌器搅拌1小时和允许混合物静置约30分钟。然后，除去上清液，和将残余物在空气中，在80℃的恒温箱中干燥30分钟和在室温下冷却，以获得采用有机涂料涂敷的软磁材料粉末。连接的十八烷硫醇数量是0.56wt％。

将72重量份这样获得的软磁材料扁平粉末，20重量份氯化聚乙烯，和50重量份二甲苯称重以制备用于形成膜的淤浆。在此情况下，氯化聚乙烯用作粘结材料，和二甲苯用作溶剂。

然后，将淤浆涂敷到聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称为PET)膜上，向PET膜采用0.05mm的厚度由刮刀方法涂敷脱模剂，和将膜在干燥炉中在60℃下保持2小时以除去溶剂。通过从PET膜剥离而获得电磁波吸收片。获得的电磁波吸收片中软磁材料扁平粉末的体积分率是48％，

采用网络分析器(由Agilent Technologies制造的HP8720B)测量以上电磁波吸收片的虚部相对磁导率μ”和反射比。在1-3GHz的频率下，虚部相对磁导率μ”是10或更大的数值，如图1所示。在相同的频率下反射比是约10％(7-12％)，如图3(a)所示。

实施例2

使用Ni-45％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为20μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片(厚度为0.05mm和扁平粉末的体积分率是48％)。测量片的虚部相对磁导率μ”。结果见图1。如图1所示，虚部相对磁导率μ”在约1.5GHz频率下为最大，和在1-3GHz频率下是10或更大的高数值。

实施例3

使用Ni-30％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为20μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片(厚度为0.05mm和扁平粉末的体积分率是48％)。测量片的虚部相对磁导率μ”。结果见图1。如图1所示，虚部相对磁导率μ”的最高数值是在约1.0GHz频率下大于10的高数值。

对比例1

使用Ni-22％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为20μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片。测量片的虚部相对磁导率μ”。结果见图1。如图1所示，虚部相对磁导率μ”在1-3GHz频率下单调降低，和在2GHz或更大的频率范围下是10或更小的数值。反射比和实施例1相比没有变化。

对比例2

使用Ni-22％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为80μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片。当测量片的虚部相对磁导率μ”时，它与对比例1相比没有变化。反射比在1-3GHz的频率下高20％(22-38％)，如图3(d)所示。

对比例3

使用Ni-75％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为20μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片。测量片的虚部相对磁导率μ”。结果见图1。如图1所示，虚部相对磁导率μ”在1-3GHz频率下是远小于10的数值。

实施例4

使用Ni-55％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为30μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片(厚度为0.05mm和扁平粉末的体积分率是48％)。测量电磁波的反射比。结果见图3(b)。

实施例5

使用Ni-55％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为50μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片(厚度为0.05mm和扁平粉末的体积分率是48％)。测量电磁波的反射比。结果见图3(c)。

实施例6

使用Ni-50％Fe粉末，以相似于实施例1的方式制备平均直径为20μm和平均厚度为0.5μm的软磁材料扁平粉末。使用此扁平粉末，以相似于实施例1的方式制备电磁波吸收片。测量片的虚部相对磁导率μ”。结果见图5。

实施例7

根据与实施例6相同的方式制备电磁波吸收片，区别在于不采用有机涂料涂敷粉末表面。测量片的虚部相对磁导率μ”。结果见图5。

从图5所示的结果，发现十八烷硫醇涂料改进虚部相对磁导率μ”。改进率(虚部相对磁导率μ”最大值的增加率)是8.4％。

实施例8和9

在每个实施例中，根据与实施例6相同的方式制备电磁波吸收片，区别在于由如下表1所示的有机物质代替十八烷硫醇。测量片的虚部相对磁导率μ”和将测量的μ”与实施例7的μ”比较，其中不采用有机涂料涂敷粉末表面以获得μ”的改进率。结果见表1。

表1

	有机物质	μ”的改进率(％)
	有机物质	μ”的改进率(％)	实施例6	十八烷硫醇	8.4
实施例8	十八烷硫醇+钛酸酯偶合剂(按重量1∶1)	8.7	实施例6	十八烷硫醇	8.4
实施例8	十八烷硫醇+钛酸酯偶合剂(按重量1∶1)	8.7	实施例9	钛酸酯偶合剂	1.6

十八烷硫醇：[CH₃(CH₂)₁₇SH](由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造)

钛酸酯偶合剂：KRTTS(由Wako Pure Chemical Industries，Ltd.制造)

如上所述，在本发明的电磁波吸收剂中，其中软磁材料扁平粉末的组成是Ni-30-60％Fe，在1-3GHz频率下虚部相对磁导率μ”是较大的数值(例如，10或更大)。换言之，对于在频带中的电磁波，电磁波吸收剂具有高吸收性能，在电子设备和通讯设备，特别是手提电话等中促进它的应用。因此，电磁波吸收剂可优选用于这些设备。

此外，在电磁波吸收剂中，其中软磁材料扁平粉末的平均直径为30μm或更小，在此频带中反射比是20％或更小。因此，电磁波吸收剂是更优选的。

在本发明的电磁波吸收剂中，其中采用有机物质或氧化物，特别是十八烷硫醇或十八烷硫醇和钛酸酯偶合剂的混合物，涂敷软磁材料扁平粉末的表面，虚部相对磁导率μ”进一步改进。

Claims

1.一种电磁波吸收剂，包括软磁材料的扁平粉末和粘结材料，其中软磁材料扁平粉末的组成是Ni-30-60％Fe，其中软磁材料扁平粉末的平均直径为30μm或更小。

2.根据权利要求1的电磁波吸收剂，其中软磁材料扁平粉末的平面度为10-100。

3.根据权利要求1或2的电磁波吸收剂，其中采用有机物质或氧化物涂敷软磁材料扁平粉末的表面。

4.根据权利要求1或2的电磁波吸收剂，其中采用十八烷硫醇或十八烷硫醇和钛酸酯偶合剂的混合物，涂敷软磁材料扁平粉末的表面。