一种吸波颗粒的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种吸波颗粒，其具有颗粒状的基体，其特征在于：该基体内具有多个微碳线圈，该微碳线圈具有一种或多种长度以实现对应不同频域电磁波的吸收效果；本发明的最优条件是，该微碳线圈具有在10微米至5毫米之间的多种长度，各微碳线圈的螺旋直径与螺距之比在1：1?5之间，碳丝直径与螺旋直径在1：5?10之间。本发明提供对空间电磁辐射进行有效吸收的根本性解决方案，且具有吸波频域宽、效率高、成本低廉、适合量化生产、易与其它物质结合等优点，无论从技术性、实用性还是经济性上看，均是具备卓越性的产品，适合推广使用。
【专利说明】
-种吸波颗粒
技术领域
[0001] 本发明设及电磁屏蔽及吸收技术领域，具体设及一种吸波颗粒。
【背景技术】
[0002] 随着生活水平的提高，各式各样的电器出现在普通家庭中，如冰箱、洗衣机、手机、 无线路由器等，随之而来的除了生活上的便利外，还有就是电磁福射困扰；即使少用或不用 电器，我们所生活的空间仍然充斥着各种频率的电磁福射，运些电磁福射来源于户外的高 压送电线、变电站、变压器、通信基站、通讯卫星等。理论上，但凡有用到电的装置、机器都会 产生一定的电磁福射，运些形形式式的电磁福射就像空气一般存在于我们身边，不仅是对 人体，还有对精密电子仪器都存在危害，据调查，手机电磁福射会对将近百分之六十的近距 离医疗器械产生影响，造成其误动作。此外，现代军事竞争已从传统的火器对抗完全过渡为 电子军事设备的对抗，运些精密的电子军事设备能极大地影响军事格局，乃至战争局势，但 自身却十分脆弱，一定强度的电磁干扰或电磁冲击足W对电子军事设备造性致命打击，故 W在军事技术领域同样需要有针对电磁冲击保护、战机隐形涂层等方面的应用。
[0003] 作为解决方案，人们提出了许多电磁波遮蔽材料和电磁波吸收材料来屏蔽空间中 的外来电磁福射。目前所广泛使用的电磁福射屏蔽技术几乎都是利用高导电性的金属材料 薄板对电磁福射进行反射，阻止其直接进入屏蔽范围内，但反射后的电磁福射仍存在于空 间当中，显然运并不是防护电磁福射的根本性对策，很需要真正的电磁波吸收材料，国内外 常用的吸收材料是铁氧体，但是随着科技的革新性发展，如高速道路交通系统ITS等通信设 备、无线网络、各种媒体机器设备、电脑等的高速化，电磁波频段的应用变得更为宽广，对吸 波材料的尺寸、重量、吸波效率有了更为苛刻的要求，随着侦察探测手段、卫星通信技术的 不断进步，W及人们对电磁福射危害的重视，数百M化到上百G化的宽频新型吸波材料的研 究成为关注的热点。
[0004] 由此引出的问题有：
[0005] 1)现有的铁氧体电磁波防护材料只能实现20G化W下频段吸收，且其物理特性限 制无法往高频段发展，再加之较为"笨重"，已经不能满足现有的吸波需要了。
[0006] 2)针对不同的主体需要定制不同尺寸的吸波材料，较难实现预定制生产，令吸波 材料在很多应用场合受到局限，特别是在建筑外墙、n窗、家具中进行吸波处理的生产场 厶 1=1 O
【发明内容】
[0007] 基于【背景技术】中所提及的问题，本发明提出一种吸波颗粒方案，其提供对空间电 磁福射进行有效吸收的根本性解决方案，且具有吸波频域宽、效率高、成本低廉、适合量化 生产、易与其它物质结合等优点，其具体技术内容如下：
[000引一种吸波颗粒，具有颗粒状的基体，该基体内具有多个微碳线圈，该微碳线圈具有 一种或多种尺寸W实现对应不同频域电磁波的吸收效果，该尺寸包括对微碳线圈的长度、 螺距、螺旋直径、碳线直径中一个或多个参数的调整。
[0009] 于本发明的一个或多个实施例当中，该微碳线圈具有10微米至5毫米之间的多种 长度。
[0010] 于本发明的一个或多个实施例当中，各微碳线圈的螺旋直径与螺距之比在1:1-5 之间，碳丝直径与螺旋直径在1:5-10之间。
[0011] 于本发明的一个或多个实施例当中，该微碳线圈占总重量的0.5%-5%。
[0012] 于本发明的一个或多个实施例当中，该微碳线圈上具有导电性锻层。
[0013] 于本发明的一个或多个实施例当中，该基体为高分子化合物。
[0014] 于本发明的一个或多个实施例当中，该基体为聚甲基丙締酸甲醋、聚氨醋、聚娃氧 烧PE或热塑性弹性体。
[0015] 于本发明的一个或多个实施例当中，该基体中还具有若干导电单体，该些导电单 体包括颗粒碳、棒状碳、铁氧体中的一种或多种。
[0016] 本发明与现有技术相比，其优越性体现在：
[0017] 1)微碳线圈利用其S维螺旋结构在电磁场中产生磁感电动势，最终W热能的形式 将能量释放W达至高效吸收电磁波的效果。运不同于现有的将电磁福射反射回空间的方 案，而是从根本上实现对电磁福射进行吸收转化，且最优吸收效率达99% W上。
[0018] 2)微碳线圈的=维结构对任意方向的电磁福射都能实现高效吸收，珠子各方向对 电磁波的吸收是开放的，能够营造更佳的低电磁福射环境，甚至无电磁福射环境。
[0019] 3)基体呈颗粒状，克服了薄膜状吸波材料必需根据铺设面积进行定制的固有局 限，能够方便与建筑材料或其它物料混合，适合各类建筑、产品生产加工场合，运是现有的 电磁波吸收或屏蔽材料所无法做到的。
[0020] 本发明无论从技术性、实用性还是经济性上看，均是具备卓越性的产品，适合推广 使用。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的吸波颗粒实施例一结构示意图。
[0022] 图2为本发明的吸波颗粒的微碳线圈显微构造示意图一。
[0023] 图3为本发明的吸波颗粒的微碳线圈显微构造示意图二。
[0024] 图4为本发明的吸波颗粒的微碳线圈等效电路示意图。
[0025] 图5为本发明的吸波颗粒的电磁波吸收率测试数据图表一。
[0026] 图6为本发明的吸波颗粒的电磁波吸收率测试数据图表二。
[0027] 图7为本发明的吸波颗粒的电磁波吸收率测试数据图表=。
[0028] 图8为本发明的吸波颗粒实施例二结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：
[0030] 实施例一
[0031] 参见附图1，一种吸波颗粒，具有颗粒状的基体1，该基体1内具有多个微碳线圈2， 该微碳线圈2具有一种或多种长度W实现对应不同频域电磁波的吸收效果，本发明的最优 条件:该微碳线圈2具有10微米至5毫米之间的多种长度，各微碳线圈2的螺旋直径与螺距之 比在1:1 -5之间，碳丝直径与螺旋直径在1:5-10之间；该微碳线圈占总重量的0.5 %-5 %，其 中，1%、2%和3%为较常采用的重量比例。
[0032] 参见附图2-4,该微碳线圈2在电子显微镜下的形态，可W看到该微碳线圈线是规 则螺旋伸展的，且具有明显的螺距，运对吸波效果的实现与吸收频域的调整有重要意义。
[0033] 该微碳线圈2具有=维螺旋结构，且具有电阻R、电容C和电感L特性(等效电路参见 附图4)，由法拉第电磁感应定律可得知，处于变化磁场中导体线圈会产生诱导电动势，继而 产生电流，本发明正是巧妙地应用了该物理现象，使微碳线图2在电磁场中产生磁感电动 势，最终由自身电阻W热能的形式将能量释放，微碳线圈2由于其手性材料特征，其诱电率 和透磁率大，比一般的诱电损耗和磁性损耗材料对电磁波的衰减效果更为明显，入射直线 偏波电磁波(具有水平、垂直分量)变成左右两个园偏波(左旋转、右旋转），并在微碳线圈2 中产生反射/散乱损耗而使电磁波进一步减衰，运是从根本上实现对电磁福射进行吸收转 化，且最优吸收效率达99% W上，运和铁氧体的电磁屏蔽原理有着本质的不同。同时，珠子 对各方向的电磁福射实现开放吸收，能够营造更佳的低电磁福射环境，甚至无电磁福射环 境。
[0034] 根据反射系数计算公式
[0035]
其中，R为反射系数，Zin为界面处波 阻抗，Zo为空气阻抗，y为磁导率，e为介电常数；当Zin = Zo时，R = O,即该材料与自由空间波 阻抗达匹配，运样电磁波的反射为零。可W通过选择基体材料、微碳线圈的尺寸形态（相当 于选择磁导率和介电常数），W调整吸波材料与所在空间的阻抗匹配，W达到更高的吸波效 率。
[0036] 电磁波吸收材料的综合评价指数(e)，用下面式子表示
[0037] S=AFVf 抓；
[003引其中，AF是-20dBW上的频率帯域、A是波長、f频率、d是吸收体的厚度、W是薄层吸 收材料的重量。市场上的薄层吸收材料(铁氧体)的综合指数一般是e = 4.6~5.5,而且本发 明吸波材料的综合指数可达e = 7.45，表现为非常优异的吸波性能。
[0039] 为提高电磁波的吸收率，特别是在IG化W下波段，该微碳线圈2上还可锻设高结晶 度的碳层或儀层，把锻碳膜的微碳线圈2分散在环氧树脂的基体中，将其装在长方体盒子里 面，用探针法(Probe method)测试得出的实验数据显示在400-900MHZ领域有90% W上的吸 收率，参见附图5。而在微碳线圈2上锻设儀(Ni)层，可W增加材料的磁损，提升对电磁波的 衰减性能。
[0040] 实施例二
[0041] 参见附图8,作为吸收带域的拓宽手段，本发明在上述实施例一的基础上，其基体1 中还具有若干导电单体，该些导电单体包括铁氧体3和棒状碳4,铁氧体用于提高电感L，增 加磁损耗;棒状碳4(纳米碳棒或气相生长碳纤维）则由于与微碳线圈搭接而影响电阻R，增 加电损耗;基体则是对电容C作出贡献，增加介电损耗；由该些成分共同构成共振系统，从整 体上加强LCR共振。
[0042] 在上述各实施例中，该基体I可采用包括环氧树脂基体、聚氨醋基体、娃氧烷基体、 热塑性弹性体等高分子复合树脂基体。
[0043] W下为本发明的吸波性能的验证数据：
[0044] 一、微碳线圈的长度与吸波效率的关系
[0045] 参见附图6,分别W长度小于90微米的微碳线图和长度在150-300微米的微碳线圈 进行吸收率测试，测试采用自由空间法测定电磁波的吸收率：
[0046] 图中，曲线a为150-300微米的微碳线圈吸波率的理论数据，曲线b为小于90微米的 微碳线圈吸波率的实测数据;从数据曲线可W得知，150-300微米的微碳线圈显示在70至 IOOG化范围有着较宽的吸收带域(吸收值在15地W上）；而小于90微米的微碳线圈在该波段 范围则存在几个窄带(吸收值在15地W上），运说明该微碳线圈的对某一波段电磁波吸收率 与其长度相关。
[0047] 二、微碳线圈的渗杂量与吸波效率的关系
[0048] 参见附图7，图中曲线I对应示出的是铁氧体的吸波曲线，曲线II对应示出的是1 - 2%微碳线圈含量的吸波曲线，曲线HI对应示出的是6-8%微碳线圈含量的吸波曲线；
[0049] 从数据曲线可W得知：
[0050] 曲线I和曲II相比，含有微碳线圈的吸波材料在10-40G化频段的吸波性能明显优 于普通的含铁氧体的吸波材料，具有电磁波吸收峰和较宽的有效吸收频域；
[0051] 曲线II和曲线HI相比，随着微碳线圈添加量的增加，珠子的LCR共振特性降低，吸 收峰值被削减且吸收频域收窄，可见微碳线圈的添加量需在较佳范围内才能获得理想吸波 效果，添加过量也会导致吸收性能的下降；较佳范围例如在实施例一指出的〇.5%-5%含 量，其中，1%、2%和3%为较常采用的重量比例。
[0052] 本发明的微碳线圈利用其=维螺旋结构在电磁场中产生磁感电动势，最终W热能 的形式将能量释放W达至高效吸收电磁波的效果。运不同于现有的将电磁福射反射回空间 的方案，而是从根本上实现对电磁福射进行吸收转化，且最优吸收效率达99% W上。微碳线 圈的=维结构对任意方向的电磁福射都能实现高效吸收，珠子各方向对电磁波的吸收是开 放的，能够营造更佳的低电磁福射环境，甚至无电磁福射环境。基体呈颗粒状，克服了薄膜 状吸波材料必需根据铺设面积进行定制的固有局限，能够方便与建筑材料或其它物料混 合，适合各类建筑、产品生产加工场合，运是现有的电磁波吸收或屏蔽材料所无法做到的。
[0053] 上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷 同、近似或W此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
【主权项】
1. 一种吸波颗粒，其特征在于：具有颗粒状的基体，该基体内具有多个微碳线圈，该微 碳线圈具有一种或多种尺寸以实现对应不同频域电磁波的吸收效果，该尺寸包括对微碳线 圈的长度、螺距、螺旋直径、碳线直径中一个或多个参数的调整。2. 根据权利要求1所述的吸波颗粒，其特征在于:该微碳线圈具有10微米至5毫米之间 的多种长度。3. 根据权利要求1所述的吸波颗粒，其特征在于:各微碳线圈的螺旋直径与螺距之比在 1:1-5之间，碳丝直径与螺旋直径在1:5-10之间。4. 根据权利要求1所述的吸波颗粒，其特征在于:该微碳线圈占总重量的0.5%-5%。5. 根据权利要求1至4任意一项所述的吸波颗粒，其特征在于:该微碳线圈上具有导电 性镀层。6. 根据权利要求1至4任意一项所述的吸波颗粒，其特征在于:该基体为高分子化合物。7. 根据权利要求6所述的吸波颗粒，其特征在于:该基体为聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、 聚硅氧烷或热塑性弹性体。8. 根据权利要求1至4任意一项所述的吸波颗粒，其特征在于:该基体中还具有若干导 电单体，该些导电单体包括颗粒碳、棒状碳、铁氧体中的一种或多种。
【文档编号】H05K9/00GK105979759SQ201610564940
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】不公告发明人
【申请人】福建星宏新材料科技有限公司