En el diseño de los materiales absorbentes, hay una ley que se verifica repetidamente: cuanto mayor sea la diferencia de resistencia entre el material y el espacio libre, más difícil será para las ondas electromagnéticas entrar en el interior del material.

Los materiales absorbentes tradicionales utilizan principalmente ferritas de alta permeabilidad magnética o micropolvos metálicos magnéticos como absorbentes: cuanto mayor sea la permeabilidad magnética, mayor será la capacidad de "captura" de ondas electromagnéticas. Esta lógica es válida en la banda de baja frecuencia (nivel de mhz): la Alta μ 'hace que la línea de fuerza magnética se guíe eficientemente hacia el interior del material y luego se consuma a través de la pérdida magnética.

Pero en el segmento de alta frecuencia por encima del nivel de ghz, las cosas cambiaron. La respuesta magnética de los materiales de alta permeabilidad disminuye rápidamente con el aumento de la frecuencia: mu 'disminuye y mu "aumenta, y la capacidad de pérdida magnética disminuye drásticamente. Más importante aún, la Alta conductividad magnética a menudo significa que la resistencia característica del material a menudo se desajuste gravemente con el espacio libre (unos 377 omega). ¿Las ondas electromagnéticas se reflejan en gran medida en la superficie del material y no pueden entrar en absoluto. ¿ de qué se trata la absorción?

II. emparejamiento de impedancias: "la primera puerta" de materiales de baja permeabilidad

La coincidencia de resistencia es un requisito previo para que las ondas electromagnéticas puedan entrar en el interior del material. Según la teoría de la línea de transmisión, la resistencia de entrada normalizada del material Zin = (¿ R / epsilon) · Tanh [j (2pi Ft / c) (¿ R Epsilon r)]. Si la resistencia superficial se desajuste gravemente con el espacio libre, incluso si la capacidad de pérdida del material es extremadamente fuerte, las ondas electromagnéticas se reflejarán de nuevo en la interfaz.

Los materiales de baja permeabilidad magnética naturalmente tienen un mejor potencial de emparejamiento de resistencia: la menor mu 'debilita la respuesta magnética del material, lo que equivale a reducir la resistencia característica general del material y acercarlo al nivel de Resistencia del espacio libre. Pero el "potencial" no es igual a la "realidad". Si la constante dieléctrica es demasiado alta, la resistencia del material todavía se desajuste.

La ciencia y la tecnología avanzadas de la Academia logran una coincidencia de resistencia de banda ancha a través de la regulación del gradiente de la constante dieléctrica. La parte real de la constante dieléctrica superficial, Epsilon ', se controla en 3,5 - 6,0 (@ 10 ghz), y la parte virtual, Epsilon ", se controla en 0,3 - 0,8, lo que hace que el coeficiente de reflexión superficial sea | 0,15; La capa inferior de Epsilon 'se eleva a 15 - 25, y la capa inferior de Epsilon "se eleva a 4 - 8, formando una estructura de gradiente de Resistencia de" capa de medidores de baja conductividad - capa inferior de alta conductividad ". Este diseño de gradiente es equivalente a un convertidor de cuarto de longitud de onda de varias capas, lo que hace que las ondas electromagnéticas se adapten gradualmente a los cambios de resistencia a medida que entran en el material capa por capa, en lugar de sufrir mutaciones en una sola interfaz. El material medido está en el rango de 8 - 18 ghz, y la banda de frecuencia con una reflectividad de incidencia vertical superior a - 12 DB representa más del 85%.

3. pérdida dieléctrica: "motor principal" que asume más del 70% de la atenuación energética

En los materiales de baja permeabilidad magnética, la contribución de la pérdida magnética es relativamente limitada, y la pérdida dieléctrica asume más del 70% de la tarea de atenuación de energía. A través de la ingeniería de defectos multiescala, la Ciencia y la tecnología de la academia avanzada han activado cuatro tipos de mecanismos de polarización para construir una "red de fuego" de pérdida dieléctrica:

Los cuatro tipos de mecanismos de polarización están interconectados en frecuencia y distribuidos espacialmente en diferentes niveles de materiales, formando conjuntamente un sistema de pérdida dieléctrica que cubre 2 - 40 ghz.

IV. el "papel sinérgico" de la pérdida magnética: no dominante, pero indispensable

La baja permeabilidad no es igual a la permeabilidad cero. En los materiales de baja permeabilidad, aunque la pérdida magnética no es dominante, proporciona pérdidas complementarias clave en bandas de frecuencia específicas y participa en el ajuste fino de la coincidencia de resistencia.

Introducción de la fase fe siEs un caso típico. En sic / fe Si@rGO En el aerogel compuesto, la fase fe si aporta un mecanismo de pérdida magnética, que forma sinergias con la pérdida de conducción y la polarización de la interfaz mejoradas por la red de conducción tridimensional del grafeno. Esta sinergia de múltiples pérdidas, en la que la "pérdida dieléctrica es la principal y la pérdida magnética es la auxiliar", permite al material lograr una pérdida mínima de reflexión de - 46,68 DBS a un espesor de 3,0 mm, manteniendo una absorción efectiva de banda completa de 4 - 18 GHz en un rango de espesor de 1,5 - 5,0 mm.

En el sistema compuesto Ba ₃ Co ₄ fe ₄ o ₄ CIP @ la combinación de co2z con polvo de hierro carbonil reduce significativamente la pérdida magnética y la pérdida dieléctrica, minimizando al mismo tiempo el debilitamiento de la polarización magnética, promoviendo así la coincidencia de resistencia. El parche a base de resina con una proporción de co2z: CIP de 1: 1 logró un ancho de banda de absorción efectivo de 5,6 GHz (7,4 - 13 ghz) a un espesor de 1,7 mm, cubriendo toda la banda X.

V. sistemas de materiales: el camino ligero de la base de carbono a la base cerámica

El objetivo central de la selección del sistema de materiales para materiales absorbentes de ondas de baja conductividad magnética es reducir la densidad manteniendo la capacidad de pérdida dieléctrica.

Materiales a base de carbono (nanotubos de carbono, grafeno, fibra de carbono)Es el "esqueleto" del sistema de baja permeabilidad magnética. Tienen una alta superficie específica, una excelente conductividad eléctrica y una densidad extremadamente baja, y pueden regular las constantes dieléctrico a través de la ingeniería de defectos y los grupos funcionales de la superficie. La Alta conductividad eléctrica de los materiales de carbono puro puede causar un desajuste de resistencia, por lo que es necesario combinarse con materiales dieléctrico como sic para equilibrar los parámetros electromagnéticos.

Carburo de silicio (sic)Es el material dieléctrico cerámico más utilizado en materiales absorbentes de ondas de baja permeabilidad magnética. Los nanocables sic tienen una excelente estabilidad a alta temperatura y propiedades dieléctrico ajustables, y los defectos de vacantes de carbono y dopaje de nitrógeno en sus celosías proporcionan pérdidas dieléctrico efectivas de 12 GHz a 40 ghz. La tecnología avanzada de la Academia combina sic con materiales de carbono, utilizando la capacidad de pérdida dieléctrica de sic para complementar la pérdida de conducción eléctrica de los materiales de carbono.

MXeneComo carburo metálico de transición bidimensional / nitruro, con alta conductividad y ricos grupos funcionales superficiales, es un material ideal para construir una red de polarización y pérdida de conducción en la interfaz. En sistemas de baja permeabilidad magnética, mxene se utiliza generalmente en combinación con otros materiales, regulando la constante dieléctrica controlando el relleno.

6. consideraciones de selección: decisiones de ingeniería desde la frecuencia hasta la coincidencia de Resistencia

Al seleccionar materiales absorbentes de ondas de baja permeabilidad magnética, los ingenieros deben centrarse en las siguientes dimensiones:

• Coincidencia entre la frecuencia objetivo y el mecanismo de pérdida.Las bandas de contribución de los diferentes mecanismos de polarización son diferentes. La banda C y parte de la banda X dan prioridad al uso de la polarización dipolo; La banda X a la banda k utiliza la polarización de la interfaz; La banda de ondas milimétricas depende de la polarización de defectos. Los materiales absorbentes de baja permeabilidad de la Ciencia y la tecnología avanzadas de la Academia cubren la demanda de banda completa de 2 - 40 GHz a través del diseño colaborativo de cuatro tipos de mecanismos de polarización.
• Verificación de coincidencia de resistencia.Al seleccionar el modelo, no solo se puede prestar atención al valor de la pérdida de reflexión del material, sino también confirmar las características de coincidencia de Resistencia del material en la banda objetivo. La ciencia y la tecnología avanzadas de la Academia garantizan que las ondas electromagnéticas puedan entrar efectivamente en el interior del material a través de la regulación del gradiente de la constante dieléctrica, lo que hace que el coeficiente de reflexión superficial | gamma | sea inferior a 0,15.
• La compensación entre espesor y densidad.Una de las ventajas de los materiales de baja permeabilidad magnética es lograr una absorción de banda ancha en un espesor más delgado. El ancho de banda de absorción efectivo de los productos científicos y tecnológicos de la academia avanzada alcanza ≥ 8 GHz en la banda Ku / K / ka, y la densidad es tan baja como 0,9 - 1,6 G / CM cúbico, lo que es adecuado para escenarios con restricciones estrictas de peso y espacio.
• Adaptabilidad ambiental.Los materiales a base de SIC y carbono tienen una excelente estabilidad a alta temperatura e inercia química. El rango de temperatura de trabajo de los materiales absorbentes de ondas de baja permeabilidad magnética de la Ciencia y la tecnología avanzadas de la Academia cubre entre - 40 ° C y 150 ° c, que es adecuado para las necesidades de amplio rango de temperatura, desde la electrónica de consumo hasta el entorno aeroespacial.

7. materiales absorbentes de ondas de baja permeabilidad magnética de la serie xjy - D de Ciencia y tecnología de la academia avanzada

Los materiales absorbentes de baja conductividad magnética de la serie xjy - D de Ciencia y tecnología de la academia avanzada están dominados por la pérdida dieléctrica y una pequeña cantidad de pérdida magnética coordinada como ruta técnica. los principales parámetros son los siguientes:

Fuente de los datos:Ciencia y tecnología avanzadas de la Academia

Los productos de la serie xjy - d admiten Troquelado de precisión y compuesto de pegamento trasero, que puede personalizar el grosor, el tamaño y el tratamiento de la superficie de acuerdo con las necesidades del cliente. Los materiales son adecuados para la supresión de interferencias electromagnéticas en equipos de comunicación 5g, radares de ondas milimétricas, sigilo EMC y equipos electrónicos de precisión.

8. observaciones finales

La esencia de los materiales absorbentes de ondas de baja permeabilidad magnética es una elección de ingeniería hecha bajo las limitaciones físicas de la absorción electromagnética en la Sección de alta frecuencia: no se persigue la maximización del índice único de "alta permeabilidad", sino que se busca la solución óptima entre la coincidencia de resistencia, la pérdida dieléctrica, la densidad y el espesor. Utiliza la pérdida dieléctrica en lugar de la pérdida magnética como el mecanismo principal, utiliza la coincidencia de resistencia de gradiente para garantizar que las ondas electromagnéticas "entren", utiliza la coordinación multipolarizada para garantizar que las ondas electromagnéticas "puedan mantenerse y consumirse", y utiliza un sistema de materiales ligeros para garantizar que "puedan usarse".

La evolución de los materiales, desde las ferritas hasta los sistemas compuestos a base de carbono / cerámica, refleja la actualización de la demanda de absorción de ondas de "aplicación a nivel de mhz" a "estabilidad de banda ancha de ondas milimétricas". Comprender la relación de ingeniería entre mu 'y la coincidencia de impedancias, el mecanismo de coordinación multipolarizada de la pérdida dieléctrica y la compensación entre la densidad y el rendimiento de absorción son las claves para actualizar el material absorbente de baja permeabilidad de "un material funcional" a "decisión de ingeniería".