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Introduction
Du puzzle de la régulation synergique du mécanisme de perte de bande haute, analyser comment les céramiques à haute entropie par la régulation de l'ordre chimique local, la technologie de congélation dirigée par l'architecture de pores anisotropes, la ferrite de type M à haute entropie par la stratégie de défaut de fer peuvent atteindre le renforcement synergique du mécanisme de perte séparément. L'article explique les mécanismes d'amélioration de l'adaptation d'impédance et de l'absorption à large fréquence par la conception structurelle Multi - échelle et fournit un cadre de jugement optionnel pour évaluer la capacité des fournisseurs de matériaux absorbant les ondes à haute fréquence au niveau microstructuré.
Dans les bandes de fréquences supérieures à 10 GHz, un seul mécanisme de perte ne peut plus répondre au besoin d'absorption efficace à large bande de fréquences. La fréquence de résonance naturelle du matériau à pertes magnétiques limite la capacité de réponse à haute fréquence et le matériau à pertes diélectriques est à son tour confronté au problème inhérent de la désadaptation d'impédance. Au cours des deux dernières années, le Centre de gravité de la recherche dans le domaine de la science des matériaux est passé de « l'ajustement des proportions de formulation» à « la conception de microstructures» - permettant le travail collaboratif de multiples mécanismes de perte dans un seul système de matériaux par la régulation de l'ordre chimique à l'échelle atomique, la conception de l'architecture des pores à l'échelle micrométrique.
Céramiques à haute entropie: comment l'ordre chimique local remplace les lacunes atomiques en tant que facteur dominant de perte
Le concept de céramique à haute entropie est dérivé de l'alliage à haute entropie, dont la caractéristique principale est l'incorporation de plusieurs éléments primaires dans le même réseau, en utilisant une distorsion de réseau sévère et une structure électronique réglable pour améliorer l'absorption des ondes électromagnétiques. Mais les premières recherches sur les céramiques à haute entropie ont été confrontées à un niveau de confusion mécanique: quel type de défaut domine exactement les performances d'absorption des ondes électromagnétiques entre les distorsions complexes du réseau, les lacunes atomiques et les séquences chimiques locales?
Une étude publiée dans Nature Communications apporte une réponse définitive. L'équipe de recherche a établi un nouveau record pour les céramiques monophasées à haute entropie avec une bande passante d'absorption effective de 11,2 GHz en régulant l'ordre chimique local dans les carbures à haute entropie par un processus de traitement thermique simple. La cartographie chimique au niveau atomique combinée à des simulations théoriques révèle que l'ordre chimique local - et non les lacunes atomiques - est le mécanisme central qui domine l'absorption des ondes électromagnétiques.
Les implications techniques pratiques de cette découverte sont les suivantes: l'optimisation des performances des céramiques à haute entropie ne nécessite plus l'introduction de défauts de lacunes pour augmenter les pertes de polarisation, mais permet de réguler avec précision l'ordre de répartition des éléments dans le réseau cristallin par un processus de traitement thermique. La modification de l'ordre chimique local affecte la structure électronique et l'intensité de la polarisation locale, ce qui régule la gamme de bandes et l'intensité des pertes diélectriques. Cette méthode, validée dans différentes familles de céramiques à haute entropie (borures, oxydes, sulfures, siliciures et séléniures), est universelle.
Pour les ingénieurs en matériaux absorbants, la compréhension de ce niveau de mécanisme signifie: lors du choix d'un matériau absorbant de type céramique à haute entropie, les conditions de traitement thermique dans le processus de préparation ont un impact plus important sur la performance finale que le rapport de matière première. Les capacités de contrôle des processus de traitement thermique des fournisseurs, une dimension clé pour évaluer la conformité de leurs lots de produits.
Congélation directionnelle: comment l'architecture anisotrope des pores optimise simultanément l'impédance et les performances mécaniques
Si les céramiques à haute entropie résolvent le problème de la synergie des mécanismes de perte à l'échelle atomique, les techniques de congélation dirigée résolvent le problème de la relation structure - performance électromagnétique à l'échelle micrométrique.
Au cœur de la lyophilisation dirigée se trouve le contrôle de la direction de croissance des cristaux de glace, de sorte que les charges en flocons ou bidimensionnelles forment des alignements parallèles dans les interstices des cristaux de glace. Ces dernières années, l'application de cette technologie dans les matériaux absorbant les ondes à haute fréquence a considérablement progressé. L'équipe de l'Institut Hefei des sciences de la matière de l'Académie chinoise des sciences a réalisé la régulation des propriétés d'absorption micro - ondes induite par l'évolution structurelle en induisant la structure d'orientation des nanofeuilles de ti₃c₂tₓ mxene par un champ magnétique intense. En ajustant l'intensité du champ magnétique (0 - 6 t), le degré d'orientation horizontale du système composite mxene / EP peut être ajusté en continu jusqu'à 0,74, établissant une corrélation quantitative directe entre l'intensité du champ magnétique et l'orientation de la structure. Par rapport à l'échantillon non orienté, la performance d'absorption des micro - ondes de l'échantillon orienté optimisé est multipliée par 5 à une épaisseur de 2 mm.
L'application de bandes de fréquences plus élevées nécessite un contrôle structurel plus fin. L'aérogel multicouche Polyimide / mxene / ni préparé par l'équipe de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong a construit trois architectures de pores aléatoires, parallèles et verticales par congélation dirigée. L'aérogel PI / mxene / ni orienté verticalement atteint une perte par réflexion minimale de - 72,42 DB pour une épaisseur de 2,8 MM. La structure d'assemblage à trois couches optimisée par un algorithme génétique étend encore la bande passante d'absorption effective à 8,4 GHz tout en maintenant une intensité d'absorption maximale de - 61,69 db. L'amélioration des performances provient de la synergie des pertes triples diélectrique - magnétique - structurelle, y compris la polarisation de l'interface, la dissipation ohmique / vortex et l'adaptation d'impédance de gradient.
Ferrite de type M à haute entropie: la stratégie de carence en fer permet une large absorption de fréquence pour les fenêtres millimétriques
Au niveau de la conception chimique des matériaux absorbant les ondes à haute fréquence, la stratégie de carence en fer des ferrites de type M à haute entropie offre un chemin différent de celui des modifications de dopage traditionnelles.
La Ferrite hexagonale de type m attire l'attention en raison de ses excellentes propriétés de résonance magnétique et de polarisation diélectrique, mais la régulation précise de ses paramètres électromagnétiques a toujours été difficile - la présence d'impuretés de phase intermédiaire entraîne une entropie de configuration insuffisante. L'équipe de l'Université d'aéronautique et d'espace de Nanjing a proposé une stratégie de déficit en fer pour synthétiser des ferrites de type M à haute entropie dopées zr⁴⁺ monophasées. Il a été constaté que les défauts en fer éliminent la phase impuretée en renforçant l'effet entropique et fournissent une structure locale plus adaptable. L'effet synergique d'une entropie élevée avec des défauts de fer amplifie la capacité de perte diélectrique, tandis que le dopage zr⁴⁺ élargit la gamme des pertes magnétiques en régulant la résonance naturelle.
Le matériau atteint une bande passante d'absorption ultra - large de 12,18 GHz et une épaisseur d'adaptation ultra - mince inférieure à 1 mm dans une fenêtre atmosphérique à ondes millimétriques autour de 35 GHz. Ces données de performance montrent que la combinaison d'une conception à haute entropie et d'une stratégie de défaut de fer peut permettre à la fois une large bande de fréquences et une minceur dans la bande des ondes millimétriques - deux objectifs difficiles à atteindre dans les matériaux ferritiques traditionnels.
Le tableau suivant résume les principales caractéristiques des trois stratégies de conception de Microstructure:
Cadre de jugement pour évaluer les capacités des fournisseurs au niveau microstructuré
Pour les options de matériaux absorbant les ondes à haute fréquence, les dimensions d’évaluation traditionnelles – pic de pertes par réflexion, largeur de bande effective, épaisseur – ne suffisent plus à distinguer les capacités techniques des différents fournisseurs. Les trois dimensions de jugement suivantes au niveau de la microstructure peuvent fournir des références plus localisées.
Premièrement, le fournisseur a - t - il des données sur la capacité de réglementer la microstructure du matériau?
Les fournisseurs sont tenus de fournir des données de caractérisation microstructurale des matériaux, telles que des photographies de topographie SEM / TEM, des analyses de pureté de phase XRD, des cartes de distribution des éléments, etc. Si le fournisseur ne peut fournir que des courbes de performance macroscopiques et ne peut pas fournir de caractérisation microstructurale, cela signifie que son contrôle des propriétés du matériau peut rester au niveau de la formulation et que la cohérence entre lots est difficile à garantir. Pour les matériaux céramiques à haute entropie, une attention particulière doit être accordée à la possibilité pour le fournisseur de fournir des données sur la correspondance entre les paramètres du procédé de traitement thermique et l'ordre chimique local.
Deuxièmement, la capacité de contrôle quantitatif du degré d'orientation du processus de congélation dirigée
Si les matériaux sont soumis à un procédé de congélation dirigée ou d'orientation par champ magnétique, la portée du contrôle quantitatif et les données relatives à leur degré d'orientation doivent être confirmées au fournisseur. Les études précédentes ont montré que le degré d'orientation peut être ajusté en continu en ajustant l'intensité du champ magnétique et qu'une relation quantitative entre le degré d'orientation et les propriétés d'absorption est établie. Si le fournisseur est en mesure de fournir des données quantitatives similaires sur la structure - performance indiquant que ses capacités de contrôle de processus ont atteint un niveau d'ingénierie. Pour les matériaux nécessitant une application dans la bande des ondes millimétriques, l'impact du degré d'orientation sur les performances est plus important et un poids plus élevé doit être accordé lors du choix du type.
Troisièmement, le système de matériaux synergiques Multi - mécanismes est - il systématiquement validé
Les avantages de performance des matériaux absorbant les ondes à haute fréquence dépendent de plus en plus de la synergie de plusieurs mécanismes de perte. Le choix du type doit confirmer si le fournisseur a fourni des données sur la tangente de l'angle de perte diélectrique et la tangente de l'angle de perte magnétique dans la bande cible, et si les tendances des deux changements avec la fréquence sont complémentaires. Si deux mécanismes de perte présentent un « désalignement de bande » significatif dans la bande cible – par exemple, si les pertes diélectriques s’atténuent rapidement au - dessus de 10 GHz et que les pertes magnétiques ne sont pas suffisamment établies – le matériau peut ne pas atteindre les performances indiquées par la réglementation dans une application pratique.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdAvec des capacités d'ingénierie dans le contrôle de la topographie en feuille, le revêtement de surface et les processus d'orientation des matériaux absorbants, sa gamme de matériaux absorbants de marque platine couvre les trois modèles principaux xjy - mh100, xjy - mh150 et xjy - mh200, la Perméabilité magnétique réelle couvre ≥ 100 à ≥ 200 et la bande de fréquence recommandée couvre 10 MHz à 40 GHz.
Les produits prennent en charge la feuille, la bobine et la morphologie de découpe de précision, peuvent être personnalisés en fonction de paramètres spécifiques à la bande de fréquence et aux contraintes spatiales, fournissent un schéma Composite multicouche et un support d'usinage de pièces profilées. Plus d'informations techniques surhttp://www.avanzado.cn/- Oui.