GHz频带的电磁波吸收粒子以及包括其的电磁波吸收材料

ghz频带的电磁波吸收粒子以及包括其的电磁波吸收材料
技术领域
1.本公开涉及ghz频带的电磁波吸收粒子以及包括该电磁波吸收粒子的电磁波吸收材料。更具体地，本公开涉及能够通过由ghz频带的自旋振动引起的磁损耗机制来吸收电磁波的ghz频带的电磁波吸收粒子以及包括该电磁波吸收粒子的电磁波吸收材料。


背景技术：

2.车辆中使用各种电气和电子部件，因此出现了电磁波干扰的问题。
3.因此，在车辆中，在包围产生电磁波的部件以及待保护以免受电磁波影响的部件的部件中使用能够阻挡电磁波的材料。
4.应用于常规车辆的部件通过阻挡电磁波进行保护。然而，在阻挡电磁波的过程中会不必要地使电磁波发生反射，从而对其它部件产生不利影响。
5.因此，基于以下事实来研究了与其相关的技术：当阻挡电磁波时，即，当吸收电磁波而非反射电磁波时，可以防止对车辆的其它部件产生不利影响。
6.进一步地，近年来，随着对自动驾驶车辆的关注的提高，已经应用了车载雷达技术和诸如与5g相关的技术的无线通信技术，以能够自动驾驶车辆。在所述技术中使用的电磁波的频带已经逐渐增加，目前使用了几ghz至数十ghz的频带的高频率。
7.因此，需要对能够吸收几ghz至数十ghz的频带的电磁波的材料进行研究。
8.常规地，一种将碳基粉末(例如，基于石墨、炭黑、碳纳米管或碳纤维的粉末)和金属基粉末作为吸收数十ghz频带的电磁波的吸收体与聚合物树脂混合并通过导电机制来吸收电磁波的技术已经用在车辆的部件中。
9.然而，由于根据介电损耗或导电损耗的吸收机制，这些类型的部件在电磁波的吸收能力方面存在局限性，并且存在由反射波引起的散射的可能性，从而无法从根本上消除电磁波。
10.进一步地，已经开发了使用mn-zn基铁氧体和ni-zn基铁氧体的电磁波吸收体作为使用磁性粉末的吸收体。然而，吸收体在ghz频带的高频率下几乎失去所有磁导率值，程度类似于真空中的相对磁导率。因此，上述吸收体在数十ghz频带不能用作有效的吸收体。
11.被描述为背景技术的内容仅用于理解本公开的背景，并且不应被视为承认其对应于本领域普通技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

12.本公开提供了能够通过由自旋振动引起的磁损耗机制来吸收电磁波的ghz频带的电磁波吸收粒子以及包括该电磁波吸收粒子的电磁波吸收材料。
13.根据本公开的实施例的ghz频带的电磁波吸收粒子可以由以下[调节式1]表示并包括m型六角铁氧体(hexaferrite)作为主相：
[0014]
[调节式1]
[0015]
sr
1-xrx
fe
y-2zm2z
oa，
[0016]
其中r为选自ba、ca和la中的一个或多个，m为选自zn、ti和zr中的一个或多个，0《x≤0.8，8≤y≤14，0《z≤1.5，并且a为19。
[0017]
电磁波吸收粒子由以下[调节式2]表示：
[0018]
[调节式2]
[0019]
sr
1-xrx
fe
y-2z
znztizo
19
，其中r为选自ba、ca和la中的一个或多个，0《x≤0.8，8≤y≤14，并且0《z≤1.5。
[0020]
当z的值为0.6时，电磁波吸收粒子最大地吸收9ghz至10.5ghz的频带中的电磁波。
[0021]
电磁波吸收粒子的x的值为0.094至0.15。
[0022]
根据本公开的另一实施例的一种ghz频带的电磁波吸收材料包括：聚合物树脂；以及电磁波吸收粒子，与聚合物树脂混合，由以下[调节式1]表示并包括m型六角铁氧体作为主相：
[0023]
[调节式1]
[0024]
sr
1-xrx
fe
y-2zm2z
oa，
[0025]
其中r为选自ba、ca和la中的一个或多个，m为选自zn、ti和zr中的一个或多个，0《x≤0.8，8≤y≤14，0《z≤1.5，并且a为19。
[0026]
电磁波吸收粒子由以下[调节式2]表示：
[0027]
[调节式2]
[0028]
sr
1-xrx
fe
y-2z
znztizo
19
，其中r为选自ba、ca和la中的一个或多个，0《x≤0.8，8≤y≤14，并且0《z≤1.5。
[0029]
进一步将介电常数调节剂添加到电磁波吸收材料中。
[0030]
介电常数调节剂为石墨。
[0031]
基于电磁波吸收粒子的质量100wt％，介电常数调节剂的含量为5.0wt％以下。
[0032]
电磁波吸收材料吸收24ghz频带的电磁波。
[0033]
进一步将用于促进介电常数调节剂的反应的反应促进剂添加到电磁波吸收材料中。
[0034]
基于电磁波吸收粒子的质量100wt％，反应促进剂的含量为6.0wt％至7.0wt％。
[0035]
根据本公开的实施例，将m型六角铁氧体用作吸收粒子，并且使用基于吸收粒子的高晶体磁各向异性的ghz频带的高铁磁共振频率，从而可以通过由高达数十ghz以上的频带的自旋振动引起的磁损耗(磁导率的虚数部分增加)机制来吸收电磁波。
[0036]
进一步地，包括电磁波吸收粒子的吸收材料中包含用于调节介电常数的调节剂，该电磁波吸收粒子包括m型六角铁氧体作为主相。因此，可以在所需频带中吸收电磁波。
附图说明
[0037]
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本公开的上述和其它目的、特征和优点，其中：
[0038]
图1是示出磁导率根据电磁波吸收粒子中的sr和la的含量的变化而变化的曲线图；
[0039]
图2a和图3a是示出介电常数的实数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图；
[0040]
图2b和图3b是示出介电常数的虚数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图；
[0041]
图2c和图3c是示出磁导率的实数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图；
[0042]
图2d和图3d是示出磁导率的虚数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图；以及
[0043]
图4a和图4b是示出反射损失值根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。
具体实施方式
[0044]
在下文中，将参照附图更详细地描述本公开的实施例。然而，本公开不限于以下所公开的实施例，而是将以各种不同的形式实施。提供这些实施例是为了完成本公开的公开内容并将本公开的范围充分告知普通技术人员。
[0045]
根据本公开的实施例的ghz频带的电磁波吸收材料通过将包括m型六角铁氧体作为主相的吸收粒子与聚合物树脂混合而获得。
[0046]
另外，可以将用于调节介电常数的介电常数调节剂进一步添加到电磁波吸收材料中。
[0047]
吸收粒子由以下[调节式1]表示：
[0048]
[调节式1]
[0049]
sr
1-xrx
fe
y-2zm2z
oa[0050]
在调节式1中，r为选自ba、ca和la中的一个或多个，m为选自zn、ti和zr中的一个或多个，0《x≤0.8，8≤y≤14，0《z≤1.5，并且a为19。
[0051]
r必须包括ba、ca和la中的一个或多个，并且还可以包括可以在sr位点处被取代的稀土元素。
[0052]
另外，m是可以在fe位点处被取代的潜在金属，并且y-2z的值是保持六角晶系为主相的fe的含量。优选地，保持8≤y≤14和0《z≤1.5。
[0053]
作为氧含量的a的值是保持六角晶系的重要因素，优选地，将a的值保持在约19。
[0054]
吸收粒子可以由以下[调节式2]表示，其中选择zn和ti作为m。
[0055]
[调节式2]
[0056]
sr
1-xrx
fe
y-2z
znztizo
19
[0057]
利用上述组成，可以在几ghz至数十ghz的频带中吸收期望频率范围的电磁波。
[0058]
接下来，将描述推导如上所述的[调节式1]的过程。
[0059]
首先，与吸收率最大的频率相对应的磁共振频率遵循以下[snoek定律]。
[0060]
[snoek定律]
[0061][0062]
在[snoek定律]中，μs表示磁导率，γ表示磁旋比，ms表示饱和磁化强度，fr表示磁共振频率。
[0063]
由于材料的磁旋比是基于材料特性的常数，因此fr(磁共振频率)由饱和磁化强度
(ms)的值和(μ
s-1)的值确定。
[0064]
因此，在[调节式1]中，在将x的值固定为0.094并将y的值固定为11之后，对z的值改变的组成进行bh曲线测量以测量ms和μs的值。
[0065]
另外，通过snoek定律来推导每个样品的电磁波吸收率最大的fr(磁共振频率)，结果示于以下表1中。
[0066]
[表1]
[0067]
分类(编号)zμ
s-1fr(μ
s-1)frms(μ
s-1)fr/ms100.24214.563.5235220000.00176176200.036》503.0620000.0015330.80.076403.0416600.00183133410.154203.0816300.0018895751.20.29810.13.009816300.001846561.4slope3.2
‑‑‑
[0068]
从表1可以确认，当z的值大于0且在1.5以下时，fr(磁共振频率)的值为与几ghz至数十ghz的频带相对应的值。例如，为了使fr(磁共振频率)的值为24ghz，可以看出，当z为1时，(μ
s-1)的值具有最接近的值。可以使用snoek定律从理论上计算fr(磁共振频率)的值为24ghz时(μ
s-1)的值，并且计算的(μ
s-1)的值优选为0.128。
[0069]
因此，制造了在z为1的情况下调节组成中的sr和la中的每一个的含量的多个样品，并且进行了实验以获得(μ
s-1)的值接近0.128的样品。结果示于图1中。
[0070]
图1是示出磁导率根据电磁波吸收粒子中的sr和la的含量的变化而变化的曲线图。
[0071]
从图1可以看出，随着la的量增加，μs的值逐渐减小，并且当x为0.15时，获得了接近0.128的值，其中0.128为当fr(磁共振频率)的值为24ghz时(μ
s-1)的理论值，即，获得了接近1.128的值，其中1.128为μs的理论值。μs表示针对频率的磁导率的实数部分没有显著变化的区域附近的磁导率的实数部分的值。
[0072]
因此，可以确认，在24ghz处具有由铁磁共振现象引起的吸收机制的吸收粒子具有sr
0.85
la
0.15
fe9zn
1.0
ti
1.0o19
的组成。
[0073]
基于此，可以看出，x的值为0.094并且z的值为1.2的吸收粒子在9ghz至10.5ghz的频带具有最高的吸收能力。
[0074]
接下来，为了匹配混合有吸收粒子和聚合物树脂的吸收材料的阻抗，控制吸收材料的介电常数。
[0075]
在该实施例中，将石墨作为介电常数调节剂添加到吸收材料中，以控制吸收材料的介电常数。
[0076]
制造具有sr
0.906
la
0.094
fe
9.8
zn
0.6
ti
0.6o19
的组成的吸收材料，并且改变混合在吸收材料中的石墨的量以测量磁导率和介电常数的变化。
[0077]
图2a是示出介电常数的实数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。图2b是示出介电常数的虚数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。图2c是示出磁导率的实数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。图2d是示出磁导率的虚数部分根据电磁波吸收材料中的石墨
的混合量的变化而变化的曲线图。
[0078]
从图2a至图2d可以确认，当改变石墨的混合量时，磁导率几乎不变化，但是介电常数变化。
[0079]
因此，可以确认，通过混合作为介电常数调节剂的石墨并适当地调节石墨的混合量来调节吸收材料的介电常数而不改变吸收材料的磁导率。
[0080]
同时，即使当吸收粒子的fr(磁共振频率)的值与待吸收的电磁波的频率一致时，也并不表示在fr(磁共振频率)的值处吸收粒子很好地吸收电磁波。因此，必须使真空中的阻抗与吸收材料的阻抗匹配。
[0081]
真空中的阻抗(zo)和吸收粒子的阻抗(z
in
)可以使用以下[关系表达式]来计算。
[0082]
[关系表达式]
[0083][0084]
因此，为了使真空中的阻抗(zo)与吸收粒子的阻抗(z
in
)匹配，可以调节z
in
/zo的值以使其尽可能接近1，从而获得在期望频带中具有最大的电磁波吸收率的材料。
[0085]
从以上关系表达式可以推断出，通过在不改变磁导率的状态下调节介电常数来调节z
in
/zo的值。
[0086]
因此，如前所述，当将石墨用作介电常数调节剂时，能够在不改变磁导率的情况下仅改变介电常数。因此，通过在吸收材料中混合石墨，可以将z
in
/zo的值调节为尽可能接近1的值，使得在期望频带中吸收材料的fr(磁共振频率)与吸收率一致。
[0087]
另外，在该实施例中，为了控制吸收材料的介电常数，可以将石墨作为介电常数调节剂添加到吸收材料中，并且可以进一步将用于促进介电常数调节剂的反应的反应促进剂添加到吸收材料中。
[0088]
基于电磁波吸收粒子的质量100wt％，优选地，反应促进剂的含量为6wt％至7wt％。另外，例如，“dyhard”模型可以用作反应促进剂。
[0089]
制造具有sr
0.906
la
0.094
fe
9.8
zn
0.6
ti
0.6o19
的组成的吸收材料，并且改变与预先混合6.7wt％的反应促进剂的吸收材料混合的石墨的量以测量磁导率和介电常数的变化。
[0090]
图3a是示出介电常数的实数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。图3b是示出介电常数的虚数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。图3c是示出磁导率的实数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。图3d是示出磁导率的虚数部分根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。
[0091]
从图3a至图3d可以确认，当改变石墨的混合量时，磁导率几乎不变化，但是介电常数变化。
[0092]
因此，可以确认，通过在混合吸收材料与反应促进剂的状态下混合作为介电常数调节剂的石墨并适当地调节石墨的混合量，调节吸收材料的介电常数而不改变吸收材料的磁导率。
[0093]
接下来，测量了改变作为介电常数调节剂而混合的石墨的混合量的吸收材料的反射损失。
[0094]
制造具有sr
0.906
la
0.094
fe
9.8
zn
0.6
ti
0.6o19
的组成的吸收材料，并且改变混合在吸收
材料中的石墨的量以测量磁导率和反射损失的变化。
[0095]
从图3a至图3d可以确认，当改变石墨的混合量时，介电常数变化。
[0096]
从图3c可以确认，进一步地，根据所添加的石墨的量，可以获得在约8ghz、9ghz和15ghz的频带具有最大吸收率的吸收材料。
[0097]
因此，当添加作为介电常数调节剂的石墨时，可以确认，基于电磁波吸收粒子的质量100wt％，当石墨的含量为5.0wt％以下时，可以在几ghz至数十ghz的频带中有效地吸收电磁波。
[0098]
接下来，测量了改变作为介电常数调节剂而混合的石墨的混合量的吸收材料的介电常数和反射损失。
[0099]
制造具有sr
0.906
la
0.094
fe9co
1.0
ti
1.0o19
的组成的吸收材料，并且改变与吸收材料混合的石墨的量以测量磁导率和反射损失的变化。
[0100]
图4a和图4b是示出反射损失值根据电磁波吸收材料中的石墨的混合量的变化而变化的曲线图。
[0101]
从图4a和图4b可以确认，根据所添加的石墨的量，可以获得在约9ghz至10.5ghz的频带中具有最大吸收率的吸收材料。
[0102]
因此，在添加作为介电常数调节剂的石墨的情况下，可以确认，基于电磁波吸收粒子的质量100wt％，当石墨的含量为5.0wt％以下，优选为2.0wt％至5.0wt％时，可以在几ghz至数十ghz的频带中有效地吸收电磁波。
[0103]
另外，从图4b可以确认，当添加作为介电常数调节剂的石墨时，可以通过比较使用反应促进剂的情况和不使用反应促进剂的情况，精细地调节电磁波被最大地吸收的频带或调节其最大吸收量。
[0104]
因此，在添加反应促进剂的情况下，可以确认，基于电磁波吸收粒子的质量100wt％，当反应促进剂的含量为6.0wt％至7.0wt％时，可以在几ghz至数十ghz的频带中有效地吸收电磁波，并且调节最大吸收频带及其吸收量。
[0105]
尽管已经参照附图和上述优选实施例描述了本公开，但是本公开不限于此，而是由所附的权利要求书限制。因此，本领域普通技术人员可以在所附的权利要求书的技术精神的范围内对本公开进行各种修改和变型。