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No livro de especificações de placas de ondas flexíveis absorventes de ferrito, a permeabilidade magnética geralmente aparece como um único número, como μ '=35 @ 13,56 MHz, ou μ'=150 @ 13,56 MHz. Quando os engenheiros vêem esse número, eles naturalmente o comparam com a permeabilidade magnética nominal de ferrito sinterado na mesma tabela e concluem que o desempenho de folhas flexíveis é apenas uma fração do corpo sinterado.
Essa comparação se mantém numericamente, mas pode facilmente levar as pessoas na direção errada na lógica de engenharia. A gama comum de permeabilidade magnética de ferrito sinterado a 13,56 MHz é de 65 a 240, enquanto a de folhas magnéticas flexíveis é de cerca de 35 na mesma frequência. Na verdade há uma lacuna, mas essa lacuna não é simplesmente um efeito de "diluição", mas mais uma reconstrução fundamental tripla do caminho do fluxo magnético por estruturas compostas flexíveis. Entender essas reconstruções triplas é mais eficaz na predição do comportamento dos materiais em cenários específicos do que memorizar um único valor μ.
Primeira reconstrução: acoplamento indireto de limites contínuos de grãos a "partícula de matriz de partículas"
O caminho de fluxo magnético de ferrito sinterado avança ao longo de limites contínuos de grãos, com contato direto entre grãos, e a transfer ência de momento magnético não requer cruzamento de interfaces heterogêneas. Folhas de ferrito flexíveis dispersam partículas de ferrito em matrizes de polímeros como époxia, borracha ou PVDF. As partículas são separadas por polímeros isoladores, e o fluxo magnético não pode ser diretamente transmitido ao longo de um caminho contínuo. Ela deve ser acoplada indiretamente no ponto de contato das partículas ou através do efeito de diluição magnética da matriz.
A consequência direta dessa mudança é que a permeabilidade magnética efetiva já não é determinada exclusivamente pela permeabilidade magnética intrínseca do ferrito. O estudo do sistema composto de epoxia ferrita NiCuZn mostra que a dependência da permeabilidade magnética efetiva macroscópica na permeabilidade magnética inicial do ferrito é na verdade "fraca", e o estado de agregação e fração de volume das partículas de preenchimento são as variáveis mais dominantes. Em outras palavras, uma fórmula de ferrito sinterada com μ'200 intrínseca, quando usada para fazer folhas compostas flexíveis, pode não resultar em um μ final muito maior do que uma folha feita com uma fórmula intrínseca μ'100. O valor nominal do corpo sinterado perdeu seu significado de referência aqui.
Segunda reconstrução: O limiar de percolação transforma a "quantidade de preenchimento" em um interruptor não linear
Se o fluxo magnético só pode ser transmitido através do contato entre partículas, então o conteúdo de preenchimento precisa alcançar um valor crítico para a rede de partículas formar um caminho magnético contínuo. Para o sistema composto NiZn ferrite/YSZ, o limiar de permeabilidade magnética é aproximadamente cerca de 0,6 fração de volume de NiZn ferrite - abaixo de 0,6, a permeabilidade magnética aumenta lentamente com o aumento do preenchimento; Além de 0,6, a permeabilidade magnética aumenta fortemente.
A existência de limiar de percolação representa um dilema estrutural para o design de folhas flexíveis de ferrito. Para que o μ efetivo alcance um nível útil, a fração de volume do preenchimento deve estar perto ou exceder o limiar de percolação; Mas o mesmo conjunto de dados mostra que a dureza de Vickers do material composto começa a "diminuir significativamente" quando o teor de ferrito NiZn excede 0,5. Alto preenchimento resulta em permeabilidade magnética, mas simultaneamente fraca a integridade mecânica. Há uma janela estreita definida pelo limiar de percolação entre a deformabilidade requerida de folhas flexíveis durante a dobragem e montagem e a tendência para fraqueza causada por alto preenchimento.
Essa contradição é mais aguda na faixa de frequência (como 13,56 MHz). A orientação de fluxo magnético de baixa frequência requer um μ 'suficientemente alto para restringir as linhas de campo magnético, e a aquisição de μ' depende de alto preenchimento; A absorção na faixa de frequência GHz depende mais da perda dielétrica e da perda de ressonância, com dependência relativamente menor do μ absoluto, e uma gama mais ampla de escolhas de preenchimento.
Terceira reconstrução: O inclinamento não é apenas uma deformação geométrica, ele reescreve diretamente o estado magnético do ferrito
Folhas flexíveis de ferrito quase inevitavelmente sofrem dobramento em uso prático. A intuição de engenharia habitual é que dobrar pode levar a microcracks, reduzindo assim a permeabilidade magnética. Mas o efeito de magnetostricção (acoplamento magnetoelástico) do ferrito significa que o estresse introduzido se dobrando mudará diretamente as condições de anisotropia magnética e ressonância do material, mesmo sem nenhum quebra visível.
Mn flexível; ₅Zn₀ O estudo de filmes finos epitáxicos fornece uma referência quantitativa clara: em um raio de dobramento de 5 mm, o campo de ressonância ferromagnética (Hr) passa para 704 Oe, e a largura de linha de ressonância ferromagnética (δ H) se alarga de 310 Oe para 1267 Oe, que é cerca de quatro vezes o do estado desdobrado. Após liberação de estresse, Hr e δ H quase completamente retornaram ao seu estado inicial, indicando que essa mudança é um efeito magnetoelástico reversível em vez de um dano permanente.
A significância engenharia desses dados é que as propriedades magnéticas das folhas de ferrito flexíveis em estado inclinado são uma "quantidade de estado" em vez de uma "constante material". A frequência medida de μ e ressonância em estado planar não pode ser diretamente usada para prever o comportamento após se ajustar a uma superfície curva. O estresse de inclinação muda o campo anisótrópico através do acoplamento magnetoelástico, mudando assim a frequência de ressonância; Se a frequência operacional alvo cair na borda da banda de absorção resonante, uma mudança no raio de curvatura de alguns milímetros é suficiente para causar o pico de absorção se desviar do ponto de frequência projetado.
Por que o 'quadro de referência sinterado' falha simultaneamente em três faixas de frequência
O desempenho da reconstrução tripla acima acima varia em diferentes faixas de frequência, mas o erro de "extrapolar de dados corporais sinterados" ocorre em cada faixa de frequência.
Na banda de frequência NFC de 13,56 MHz, a diferença entre o μ'65-240 do corpo sinterado e a folha flexível aproximadamente 35 é principalmente devida à primeira (acoplamento indireto) e segunda (limiar de percolação). O objetivo de projeto de folhas flexíveis não é perseguir altos μ ', mas manter baixos μ' e altos Q valores no nível disponível μ ', para evitar consumir a energia de campo magnético limitada das antenas NFC.
No cenário de absorção do IME na banda de frequência GHz, o peso da terceira reconstrução aumenta. A perda de retorno máxima e a largura de banda do sistema composto ferrito flexível são altamente sensíveis à espessura. O sistema epoxi ferrita NiCuZn atinge -48 dB a 4,6 GHz a uma proporção de volume F/P de 0,55 e uma espessura de 8 mm, mas essa espessura é quase inutilizada dentro dos telefones móveis. Com uma espessura real de 0,1-0,5 mm, a profundidade de absorção do material na banda de frequência GHz depende da sinergia da perda dielétrica e perda de ressonância, em vez da permeabilidade magnética nominal do corpo sinterado.
No cenário de alta potência de carga sem fio, folhas flexíveis de ferrito enfrentam restrições de saturação que são iguais aos de corpos sinterados, mas a situação é mais complexa. A magnetização de saturação do ferrito é relativamente baixa, e é propenso a saturação e até mesmo a fragmentação local e o sobrecargamento sob fortes campos magnéticos alternados de carga inalámbrica de alta potência; A matriz de polímeros em estruturas compostas flexíveis proporciona flexibilidade mecânica, mas não melhora as características de saturação das próprias partículas de ferrito. Em cenários de alta potência, a habilidade de folhas flexíveis para desempenhar depende da relação entre a densidade de fluxo magnético em funcionamento na potência alvo e a indução magnética de saturação de partículas de ferrito, em vez da propriedade da própria "flexibilidade".
Juízo de seleção baseado em "espectro magnético acabado"
Em primeiro lugar, a partir dos dados complexos de permeabilidade magnética da folha acabada na frequência alvo e espessura real, em vez do μ nominal do corpo sinterado
Exigir que os fornecedores forneçam as curvas μ'(f) e μ'(f) da própria folha flexível, com pontos de frequência cobrindo a banda de frequência operacional alvo, e indiquem a espessura do teste e a fração de volume de preenchimento. Se o fornecedor só pode proporcionar a permeabilidade magnética do corpo sinterado ou o μ 'de um único ponto de frequência, sua capacidade de prever o comportamento real é limitada. O μ efetivo de folhas flexíveis é menos dependente do μ intrínseco de ferritos, e a fração de volume de preenchimento e o estado de agregação são variáveis mais diretas.
Em segundo lugar, avaliar o compromisso entre "flexibilidade de permeabilidade" perto do limiar de percolação, ao invés de supor que ambos podem ser otimizados independentemente
Quando a fração de volume do preencher excede cerca de 0,6, a permeabilidade magnética aumenta fortemente, mas as propriedades mecânicas começam a diminuir quando excede 0,5. Ao selecionar, a relação correspondente entre a fração de volume do preencher e a durabilidade flexural deve ser confirmada com o fornecedor. Para aplicações que requerem a montagem de pequenas superfícies de raio de curvatura, pode ser necessário aceitar valores μ menores em troca de flexibilidade disponível, em vez de perseguir os maiores valores de permeabilidade magnética especificados nas especificações.
Em terceiro lugar, tratar a mudança no estado magnético após dobrar como um elemento independente de verificação, em vez de apenas verificar quebraços de aparência
Sob o raio de dobramento do alvo, a frequência de ressonância e perda de folhas flexíveis de ferrito podem ser submetidas a mudanças reversíveis ou parcialmente reversíveis. Para cenários de NFC, deve ser confirmado se os valores μ 'e Q a 13,56 MHz após dobramento ainda estão dentro da janela correspondente; Para cenários de absorção de GHz, deve ser confirmado se o pico de absorção ainda cobre a banda de frequência alvo após dobramento. O espectro magnético em um estado planar não pode substituir a medida real em um estado inclinado.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A linha flexível de produto de placas de absorção de ferrito cobre placas magnéticas NFC/RFID de 13,56 MHz e placas de absorção EMI da banda GHz, fornecendo dados sobre a curva complexa de permeabilidade magnética, fração de volume de preenchimento e taxa de retenção de desempenho magnético de folhas acabadas nas frequências alvo.
A série NFC consiste principalmente em estruturas finas compostas de polímeros de ferrito, que podem ser combinadas de acordo com o raio de curvatura do sistema de material de montagem; A série de absorção de GHz suporta ajuste personalizado do sistema de embalagem e espessura. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.