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La limite supérieure de performance du matériau absorbant les ondes en plaques à l'état solide est déterminée dans une large mesure par le processus de préparation.
L'anisotropie géométrique des particules magnétiques en forme de feuille est la base physique de leur dépassement des limites de Snoek, mais cet avantage ne peut être pleinement exploité que si les particules sont alignées de manière directionnelle parallèlement à la surface du substrat. Si les particules feuilletées sont dispersées aléatoirement dans la matrice polymère, le plan feuilleté d'une partie des particules est perpendiculaire à la surface du substrat, le facteur de démagnétisation intrafacial augmente, la contribution de Perméabilité magnétique diminue considérablement et la continuité du réseau conducteur intrafacial est également rompue. Matériaux absorbant les ondes en flocons dispersés aléatoirement, dont les propriétés se situent souvent entre les particules sphériques et les matériaux en flocons idéalement orientés, les intrants de processus ne se traduisent pas par un retour sur performance.
Comment faire en sorte que les particules en flocons s'alignent « respectueusement» dans la même direction est un problème d'ingénierie central dans la préparation de matériaux absorbants en flocons. L'orientation du champ magnétique est actuellement le schéma le plus mature industriellement, mais il existe une limitation inhérente à l'orientation du champ magnétique: elle ne peut contrôler que la direction du moment magnétique des particules magnétiques et ne peut rien faire pour le contrôle de l'orientation des charges lamellaires amagnétiques ou faiblement magnétiques. Et l'orientation du champ magnétique nécessite généralement une force de champ magnétique plus élevée, pour les feuilles plus épaisses, l'atténuation du champ magnétique à l'intérieur du matériau affaiblit l'effet d'orientation. La technologie de lyophilisation dirigée offre une autre voie de contrôle de l'orientation. Son idée n'est pas d'appliquer directement une force d'orientation sur les particules, mais de guider indirectement l'alignement des particules en contrôlant la direction de croissance des cristaux de glace dans le matériau de la matrice.
Congélation directionnelle: cristaux de glace comme "modèle"
Au cœur de la lyophilisation dirigée est l'utilisation de l'anisotropie dans le processus de croissance des cristaux de glace. Lorsque la suspension contenant les particules lamellaires est congelée directionnellement à partir du fond, les cristaux de glace se développent dans une structure colonnaire ou lamellaire dans le sens du gradient de température. Les particules lamellaires sont évincées et poussées sur le Front de croissance des cristaux de glace, formant progressivement des alignements parallèles à la direction de croissance des cristaux de glace dans les interstices des cristaux de glace.
Le mécanisme physique de ce processus est le suivant: pendant la croissance des cristaux de glace, il existe une zone de répulsion à l'interface solide - liquide et les particules en suspension sont poussées par l'interface plutôt que englouties. Lorsque plusieurs cristaux de glace se développent en parallèle, les particules sont confinées dans des fentes entre les cristaux de glace, créant naturellement un arrangement parallèle dans la direction de croissance des cristaux de glace. Une fois la congélation terminée, les cristaux de glace sont éliminés lors de la sublimation sous vide, laissant derrière eux une structure de pores ordonnée qui complète la topographie des cristaux de glace, tandis que les grains feuilletés conservent leur alignement d'orientation.
Le paramètre de processus clé de cette méthode est le taux de congélation. Le taux de refroidissement est trop rapide, les cristaux de glace ne peuvent pas croître de manière directionnelle, la formation est de minuscules cristaux de glace distribués aléatoirement, le degré d'orientation des particules est faible; Le taux de refroidissement est trop lent, les cristaux de glace grossissent, la taille des pores est trop grande et la résistance mécanique du matériau diminue. Dans une fenêtre de vitesse de refroidissement appropriée, les cristaux de glace forment une structure colonnaire uniforme et l'orientation des particules lamellaires peut atteindre des niveaux plus élevés.
Gains électromagnétiques sur la structure ordonnée des pores
Structure poreuse parallèle formée par lyophilisation dirigée, l'amélioration des performances d'absorption des ondes électromagnétiques provient de deux niveaux.
La première couche est une amélioration de l'adaptation d'impédance.Les pores alignés en parallèle forment une transition d'impédance progressive dans la direction d'incidence des ondes électromagnétiques. Lorsque les ondes électromagnétiques entrent dans le matériau à partir de l'espace libre, la première chose à rencontrer est une zone de porosité plus élevée avec une constante diélectrique équivalente plus faible et moins de différence d'impédance avec l'air. À mesure que les ondes électromagnétiques pénètrent profondément à l'intérieur du matériau, la porosité diminue progressivement, la densité du matériau augmente et l'impédance passe en douceur. Cette structure d'impédance à gradient réduit la réflexion de surface, permettant à plus d'énergie d'onde électromagnétique d'entrer dans le matériau pour participer aux pertes.
La deuxième couche est une augmentation des pertes par réflexion multiple.Les parois des pores parallèles sont équivalentes à une série d'interfaces réfléchissantes parallèles. Les ondes électromagnétiques entrant à l'intérieur du matériau subissent plusieurs réflexions entre les parois des pores, chaque réflexion s'accompagnant d'une absorption d'une partie de l'énergie. Par rapport à une structure poreuse aléatoire, les trajectoires de réflexion multiple des pores ordonnés sont plus régulières, les ondes électromagnétiques restent plus longtemps à l'intérieur du matériau et ont une probabilité plus élevée d'être absorbées.
Si l'on prend l'exemple d'un aérogel anisotrope préparé par lyophilisation dirigée, ce type de matériau forme un réseau ordonné de communication poreuse à l'aide d'un gabarit de glace dirigé, avec des cellules lamellaires bidimensionnelles disposées parallèlement dans les parois des pores, construisant des voies continues conductrices et thermiques. Cette structure ordonnée permet au matériau d'obtenir une absorption efficace des ondes électromagnétiques avec une charge de remplissage extrêmement faible. Une méthode similaire a également été utilisée pour la préparation d'aérogels BC / mxene, en construisant une structure anisotrope par lyophilisation dirigée, avec un équilibre entre légèreté et résistance à l'absorption.
Augmentation incidente des performances mécaniques
L'amélioration des propriétés mécaniques par la structure ordonnée apportée par la lyophilisation dirigée est tout aussi préoccupante. La distribution des pores dans une structure poreuse aléatoire n'est pas uniforme, les concentrations de contraintes sont facilement générées dans les zones denses en pores et le matériau a tendance à se fissurer des zones les plus faibles lorsqu'il est comprimé ou plié. Les structures poreuses alignées en parallèle assurent une répartition plus uniforme des contraintes dans le sens de la contrainte, et la transmission de charge des parois poreuses dans le sens de la compression est plus efficace.
Pour les matériaux absorbant les ondes en plaques à l'état solide qui doivent résister à des contraintes mécaniques lors de l'assemblage ou de l'utilisation, une structure poreuse ordonnée permet d'obtenir une résistance à la compression plus élevée et une meilleure stabilité dimensionnelle à la même porosité. Si la lame d'aspiration doit participer au transport en tant que pièce structurelle, la résistance à la compression et à la flexion des pores ordonnés est généralement meilleure que celle des structures de pores aléatoires.
Jugement de sélection des routes de processus
Pour les options d'ingénierie des matériaux absorbant les ondes en plaques à l'état solide, l'évaluation du procédé de préparation peut être développée à partir des dimensions suivantes.
Correspondance du degré d'orientation avec le type de remplissage
La lyophilisation dirigée est adaptée au contrôle de l'orientation des charges lamellaires ou lamellaires bidimensionnelles, y compris le fesial lamellaire, le fer carbonylé lamellaire, les nanofeuilles de mxene et le Graphène, entre autres. Pour les charges sphériques ou quasi - sphériques, l'effet d'orientation de la méthode du gabarit des cristaux de glace est limité et l'orientation du champ magnétique ou de l'orientation du champ électrique peut être une option plus appropriée à ce stade. Lors de la sélection du type, vous devez d'abord confirmer l'adéquation du type de remplissage avec l'itinéraire du processus.
Adaptation de la structure des pores à l'environnement d'utilisation
La structure poreuse ordonnée formée par lyophilisation dirigée, tout en offrant des avantages de performance électromagnétique, réduit également la densification du matériau. Pour les scénarios nécessitant des voies de conductivité thermique élevée, l'air dans les pores est un mauvais conducteur de chaleur, et les pores ordonnés, bien que plus favorables que les pores aléatoires pour former des voies de conductivité thermique continues, ont une conductivité thermique globale encore inférieure à celle des matériaux solides à haute densité. Si le scénario d'application nécessite à la fois une conductivité thermique et une absorption électromagnétique élevées, il est nécessaire d'évaluer l'influence de la structure des pores sur les propriétés de conductivité thermique ou de remplir une partie des pores par trempage dans une résine hautement conductrice thermique pendant la phase de post - traitement.
Faisabilité de la préparation à l'échelle
La lyophilisation dirigée est déjà bien établie au niveau du laboratoire, mais la production à l'échelle industrielle doit tenir compte d'un contrôle uniforme du taux de congélation, de la cohérence des lots et de la consommation d'énergie pour le séchage. Pour les feuilles de grandes dimensions, la difficulté de contrôle du gradient de température augmente avec la taille et la vitesse d'avancement du Front de congélation peut varier d'un endroit à l'autre de la feuille, entraînant une hétérogénéité spatiale du degré d'orientation. Le choix du type doit confirmer au fournisseur la capacité dimensionnelle et les données de conformité des lots pour son procédé de congélation dirigée.
Advanced House (Shenzhen) technologie Co., LtdAvec des capacités d'ingénierie dans le contrôle de la topographie, l'enrobage de surface et les processus d'orientation des particules magnétiques en feuille, ses produits en feuille à l'état solide de la série de matériaux absorbants de marque platine couvrent la bande de fréquences 1 - 18 GHz, prenant en charge la conception personnalisée de l'angle d'orientation et du rapport de remplissage des particules en feuille.
Le système de matrice peut être choisi parmi un Polyimide ou une résine époxy résistant aux hautes températures, la plage de résistance aux températures pouvant être ajustée de - 40°C à 200°C selon le choix de la matrice. Les produits sont disponibles en feuilles, en bobines et en formes de découpe de précision, prenant en charge les options de colle arrière conductrice de la chaleur pour établir un passage thermique continu de la couche absorbante à la base dissipante de la chaleur. Plus d'informations techniques surhttp://www.avanzado.cn/- Oui.