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Resumen
A partir del problema de la regulación coordinada del mecanismo de pérdida en la Sección de alta frecuencia, se analiza cómo la cerámica de alta entropía puede lograr la mejora coordinada del mecanismo de pérdida a través de la regulación de orden químico local, la tecnología de congelación direccional a través de la estructura de poros isotrópicos y la ferrita en forma de m de alta entropía a través de la estrategia de defectos de hierro. El artículo explica el mecanismo de mejora del diseño estructural multiescala para la coincidencia de resistencia y la absorción de banda ancha, y proporciona un marco de juicio de selección para evaluar la capacidad de los proveedores de materiales absorbentes de alta frecuencia desde el nivel microestructural.
En las bandas de alta frecuencia por encima de 10 ghz, el mecanismo de pérdida única ya no puede satisfacer las necesidades de absorción eficiente de banda ancha. La frecuencia de resonancia natural de los materiales de pérdida magnética limita la capacidad de respuesta de alta frecuencia, y los materiales de pérdida dieléctrica se enfrentan a problemas inherentes de desajuste de resistencia. En los últimos dos años, el enfoque de la investigación en el campo de la ciencia de materiales ha pasado de "ajustar la proporción de fórmulas" a "diseñar la microestructura" - a través de la regulación del orden químico a escala Atómica y el diseño de la estructura de poros a escala de micras, se ha logrado una sinergia de múltiples mecanismos de pérdida En un solo sistema de materiales.
Cerámica de alta entropía: cómo el orden químico local reemplaza la vacante Atómica como el factor dominante de pérdida
El concepto de cerámica de alta entropía proviene de aleaciones de alta entropía, cuya característica central es incorporar una variedad de elementos principales en la misma red cristalina, utilizando una grave distorsión de la red cristalina y una estructura electrónica ajustable para mejorar la absorción de ondas electromagnéticas. ¿Pero los primeros estudios de cerámica de alta Entropía se enfrentaron a una confusión a nivel de mecanismo: entre la compleja distorsión de la red cristalina, la vacante Atómica y el orden químico local, ¿ qué tipo de defecto dominó las propiedades de absorción de ondas electromagnéticas?
Un estudio publicado en Nature Communications da respuestas claras. El equipo de Investigación estableció un nuevo récord de cerámica de alta entropía de una sola fase bajo un ancho de banda de absorción efectivo de 11,2 GHz regulando la secuencia química local en Carburo de alta entropía a través de un simple proceso de tratamiento térmico. El mapeo químico a nivel atómico combinado con la simulación teórica revela que el orden químico local - no la vacante Atómica - es el mecanismo central que domina la absorción de ondas electromagnéticas.
El significado práctico de ingeniería de este descubrimiento es que la optimización de las propiedades de la cerámica de alta entropía ya no depende de la introducción de defectos vacíos para aumentar la pérdida de polarización, sino que puede regular con precisión el orden de disposición de los elementos en la red cristalina a través del proceso de tratamiento térmico. Los cambios en el orden químico local afectan la estructura electrónica y la intensidad de polarización local, ajustando así el rango de banda y la intensidad de la pérdida dieléctrica. Este método ha sido verificado en diferentes familias cerámicas de alta entropía (boruros, óxidos, sulfuros, sílice y selenio) y es universal.
Para los ingenieros de materiales absorbentes, esta comprensión a nivel de mecanismo significa que al seleccionar materiales absorbentes cerámicos de alta entropía, las condiciones de tratamiento térmico en el proceso de preparación tienen un mayor impacto en las propiedades finales que la proporción de materias primas. La capacidad de control del proceso de tratamiento térmico del proveedor es una dimensión clave para evaluar la consistencia de sus lotes de productos.
Congelación direccional: cómo optimizar simultáneamente la resistencia y las propiedades mecánicas de la estructura de poros isotrópicos
Si la cerámica de alta entropía resuelve el problema de la sinergia del mecanismo de pérdida a escala atómica, la tecnología de congelación direccional resuelve el problema de la relación estructura - propiedades electromagnéticas a escala de micras.
El núcleo del liofilización direccional es controlar la dirección de crecimiento de los cristales de hielo, de modo que los rellenos en forma de escamas o bidimensionales formen una disposición paralela en la brecha entre los cristales de Hielo. En los últimos años, la aplicación de esta tecnología en materiales absorbentes de alta frecuencia ha logrado avances significativos. El equipo de la Academia Hefei de Ciencias materiales de la Academia China de Ciencias ha logrado la regulación de las propiedades de absorción de microondas inducidas por la evolución estructural induciendo la estructura de orientación de las nanotabletas ti ₃ c ₃t ₓ mxene a través de un fuerte campo magnético. Al ajustar la intensidad del campo magnético (0 - 6 t), se puede ajustar continuamente la orientación horizontal del sistema compuesto mxene / EP a 0,74, estableciendo una correlación cuantitativa directa entre la intensidad del campo magnético y la orientación estructural. En comparación con las muestras no orientadas, las propiedades de absorción de microondas de las muestras orientadas optimizadas a un espesor de 2 mm se han multiplicado por cinco.
Las aplicaciones de bandas de frecuencia más altas requieren un control estructural más fino. Los aerogeles poliimida / mxene / ni multicapa preparados por el equipo de la Universidad de Ciencia y tecnología de Hong Kong construyeron tres estructuras de poros aleatorias, paralelas y verticales a través de la congelación direccional. El aerogel PI / mxene / ni de orientación vertical logró una pérdida mínima de reflexión de - 72,42 dB a un espesor de 2,8 mm. La estructura de montaje de tres capas optimizada a través de algoritmos genéticos amplía aún más el ancho de banda de absorción efectivo a 8,4 ghz, manteniendo al mismo tiempo una intensidad máxima de absorción de - 61,69 db. La mejora del rendimiento proviene de la sinergia de la triple pérdida de la estructura dieléctrico - magnética, incluida la polarización de la interfaz, la disipación de Ohm / vórtice y la coincidencia de resistencia al gradiente.
Ferritas de tipo M de alta entropía: estrategia de defectos de hierro para lograr la absorción de banda ancha de la ventana de ondas milimétricas
A nivel de diseño químico de materiales absorbentes de ondas de alta frecuencia, la estrategia de defectos de hierro de las ferritas m de alta entropía proporciona un camino diferente de la modificación de dopaje tradicional.
Las ferritas hexagonales de tipo M han atraído mucha atención debido a sus excelentes propiedades de resonancia magnética y polarización dieléctrica, pero la regulación precisa de sus parámetros electromagnéticos siempre se ha enfrentado a desafíos: la existencia de impurezas intermedias conduce a una entropía de configuración insuficiente. El equipo de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing propuso una estrategia de defectos de hierro para sintetizar ferritas m de alta entropía dopados con ZR ⁴. El estudio encontró que los defectos de hierro eliminan las fases de impurezas aumentando el efecto de entropía y proporcionan una estructura local más adaptativa. La sinergia entre la Alta entropía y los defectos de hierro amplifica la capacidad de pérdida dieléctrica, mientras que el dopaje ZR amplía el rango de pérdida magnética regulando la resonancia natural.
La ventana atmosférica de ondas milimétricas del material cerca de 35 GHz logró un ancho de banda de absorción súper ancho de 12,18 GHz y un espesor de coincidencia ultradelgado inferior a 1 mm. Este dato de rendimiento muestra que la combinación de diseño de alta entropía y estrategia de defectos de hierro puede lograr una banda ancha y un perfil delgado simultáneamente en la banda de ondas milimétricas, dos objetivos difíciles de obtener en materiales de ferrita tradicionales.
La siguiente tabla resume las características centrales de tres estrategias de diseño de microestructura:
Marco de juicio para evaluar la capacidad de los proveedores desde el nivel microestructural
Para la selección de materiales absorbentes de alta frecuencia, las dimensiones de evaluación tradicionales - Pico de pérdida de reflexión, ancho de banda efectivo y espesor - ya no son suficientes para distinguir las capacidades técnicas de los diferentes proveedores. Las siguientes tres dimensiones de juicio a nivel de microestructura pueden proporcionar una referencia más diferenciada.
Primero, si los proveedores tienen datos de capacidad para regular la microestructura de los materiales
Se requiere que los proveedores proporcionen datos de caracterización de la microestructura de los materiales, como fotos morfológicas SEM / tem, análisis de pureza de fase xrd, mapeo de distribución de elementos, etc. Si el proveedor solo puede proporcionar curvas de rendimiento macro sin proporcionar caracterización microestructura, significa que su control sobre las propiedades del material puede permanecer en el nivel de fórmula, y la consistencia entre lotes es difícil de garantizar. Para los materiales cerámicos de alta entropía, se debe prestar especial atención a si los proveedores pueden proporcionar datos de relación correspondientes entre los parámetros del proceso de tratamiento de calefacción y el orden químico local.
En segundo lugar, la capacidad de control cuantitativo de la orientación del proceso de congelación direccional
Si el material utiliza un proceso de congelación direccional o orientación del campo magnético, se debe confirmar al proveedor el alcance del control cuantitativo y los datos de su orientación. El estudio anterior muestra que la orientación se puede ajustar continuamente ajustando la intensidad del campo magnético, y se establece una relación cuantitativa entre la orientación y las propiedades de absorción. Si el proveedor puede proporcionar datos cuantitativos similares de estructura y rendimiento, muestra que su capacidad de control de procesos ha alcanzado el nivel de ingeniería. Para los materiales que deben aplicarse en la banda de ondas milimétricas, el impacto de la orientación en el rendimiento es más significativo, y se debe dar un mayor peso al seleccionar el tipo.
En tercer lugar, si el sistema de materiales colaborativos de múltiples mecanismos ha sido verificado sistemáticamente
Las ventajas de rendimiento de los materiales absorbentes de ondas de alta frecuencia dependen cada vez más del trabajo coordinado de varios mecanismos de pérdida. Al seleccionar el modelo, se debe confirmar si el proveedor ha proporcionado datos sobre la corrección del ángulo de pérdida dieléctrica y la corrección del ángulo de pérdida magnética en la banda objetivo, y si las tendencias de los dos a lo largo de la frecuencia son complementarias. Si hay una clara "dislocación de banda" entre los dos mecanismos de pérdida en la banda objetivo - por ejemplo, la pérdida dieléctrica disminuye rápidamente por encima de 10 GHz y la pérdida magnética aún no se ha establecido completamente - el material puede no alcanzar el rendimiento marcado en las especificaciones en aplicaciones prácticas.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.Tiene capacidad de ingeniería en el control de la morfología de la lámina, el recubrimiento de la superficie y el proceso de orientación de los materiales absorbentes. su serie de materiales absorbentes de platino cubre tres modelos principales: xjy - mh100, xjy - mh150 y xjy - mh200. la conductividad magnética real cubre ≥ 100 a ≥ 200, y la banda de frecuencia recomendada cubre de 10 MHz a 40 ghz.
Los productos admiten láminas, bobinas y formas de troquelado de precisión, que se pueden personalizar de acuerdo con bandas de frecuencia específicas y restricciones espaciales, proporcionando programas compuestos multicapa y soporte de procesamiento de piezas en forma especial. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.