包括导电线的电磁波吸收复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种电磁波吸收复合材料的结构设计及通过其实现的电磁波吸收复合材料，所述电磁波吸收复合材料通过确定高分子复合体的厚度、折射率、导电线的规格(线宽、间隔等)的有机关系并推导出可进行设计的关系式，以最大化目标匹配频段内的电磁波吸收能力，同时找出在设定的匹配频率下能够最大化入射的电磁波吸收能力的最佳条件，从而能够最小化处于小型化和轻薄化趋势的电子部件彼此之间的电磁干扰。

背景技术：

1、近来，随着电气电子部件和下一代信息通信设备的发展，电路的工作频率正在增加到千兆赫兹(ghz)的高频段。特别是随着设备走向多功能小型化的趋势，一般的电子部件产生的微小电磁波会因电子部件之间的电磁干扰而导致故障，并且因信号质量下降和电磁波辐射导致有害于人体的电磁波和电磁波污染的问题变得越来越严重。

2、为了解决这种电磁波产生所带来的问题，并提高电子部件的定性，人们正在进行对吸收并屏蔽电磁波的电磁波屏蔽材料的研究。然而，所述现有电磁波屏蔽材料存在以下问题。

3、第一，介绍了一种将磁性材料分散于屏蔽材料中的方法，以表现出优异的电磁波吸收能力，但是大多数磁性材料存在一个问题，即由于高频引起的共振现象，因此磁导率几乎在ghz频段中消失。此外，由于磁性材料具有磁自旋(spin)方向性，因此，存在难以根据器件或电路的复杂设计微调电磁波能量吸收的问题。而且，当分散大量的磁性材料时，可以通过提高导电性来增加电磁波吸收效果，但是会导致电子部件的机械物理性质(包括冲击强度等)的下降，作为电磁波屏蔽材料其应用受到很多限制。

4、第二，介绍了一种多层结构的电磁波屏蔽材料，即使在如上所述的ghz频段中也能够吸收并屏蔽电磁波，同时几乎没有如上所述的机械、电气物理性质的下降，然而，存在如下问题，即，由于多层结构的厚度，难以用于处于小型化及轻薄化趋势的电子部件，而且多层结构的电磁波屏蔽材料入射的电磁波能量转换成热量的过程中不能有效的进行控制，反而导致电子部件出现故障的问题。

5、第三，以往也对复合体的至少一个表面形成有导电线的电磁波屏蔽材料进行了研究，但是难以根据目标频率确定并控制构成复合体的组分之间的有机关系。即，一般来说，为了吸收特定频率，需要对电磁波屏蔽材料的折射率、厚度、材料、分散的金属材料等复合的物理性质进行精细控制，因此为了在5g所需的ghz频带内也吸收电磁波并提供有效的电磁波屏蔽材料，除了能够最大限度地吸收电磁波的结构设计之外，能够吸收特定频率(5g频带)的吸波材料的结构设计是必不可少的。然而，目前还没有研究能够有效吸收和屏蔽电磁波，同时具有5g所需的ghz匹配频率。

6、因此，迫切需要研究电磁波吸收复合材料的结构设计及通过其实现的电磁波吸收复合材料，所述电磁波吸收复合材料可以通过确定高分子复合体的厚度、折射率、导电线的规格(线宽、间隔等)的有机关系并推导出可进行设计的关系式，以最大化目标匹配频段内的电磁波吸收能力，同时找出能够在设定的匹配频率下能够最大化入射的电磁波吸收能力的最佳条件，从而能够最小化处于小型化和轻薄化趋势的电子部件彼此之间的电磁干扰。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题

2、本发明是为了克服所述问题而提出的。

3、本发明所要解决的第一个问题是提供一种电磁波吸收复合材料及其制备方法，其用于发射电磁波的器件，并可以吸收特定频段的大部分电磁波，并且电磁波的反射能力接近0db。

4、此外，本发明所要解决的第二个问题是提供一种电磁波吸收复合材料及其制备方法，其通过最大化电磁波吸收能力的同时最小化磁波反射能力，以有效屏蔽目标频率区域内的电磁波。

5、此外，本发明所要解决的第三个问题是提供一种电磁波吸收复合材料及其制备方法，在宽频段具有整体较低的反射能力。

6、此外，本发明所要解决的第四个问题是提供一种电磁波吸收复合材料的结构设计及通过其实现的电磁波吸收复合材料，所述电磁波吸收复合材料可以通过确定高分子复合体的厚度、折射率、导电线的规格(线宽、间隔等)的有机关系并推导出可进行设计的关系式，以最大化目标匹配频段内的电磁波吸收能力，同时找出在设定的匹配频率下能够最大化入射的电磁波吸收能力的最佳条件，从而能够最小化处于小型化及轻薄化趋势的电子部件之间的电磁干扰。

7、技术方案

8、为了解决所述问题，本发明提供一种电磁波吸收复合材料，其包括：高分子复合体，内部包含折射率调节材料；以及多条导电线，形成于所述高分子复合体的至少一个表面上，通过以下数学式1至3导出的匹配频率f范围内反射的电磁波为0.2db以下。

9、数学式1：

10、

11、此时，所述f是下限值为15、上限值为80的频率，

12、deff是由以下数学式2表示的所述导电线的有效间隔，

13、neff是由以下数学式3表示的电磁波吸收复合材料的有效折射率，

14、c是自由空间中的光速。

15、数学式2：

16、deff＝1.53exp(0.23(d-a))

17、d是所述导电线的平均间隔，

18、a是所述导电线的平均线宽。

19、数学式3：

20、

21、n是所述高分子复合体的平均折射率，

22、d是所述导电线的平均间隔，

23、d是所述高分子复合体的厚度。

24、此外，根据本发明一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述导电线的平均间隔d是0.5至10mm。

25、此外，根据本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述高分子复合体的厚度d是100至2000μm。

26、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述导电线的平均线宽a是50至500μm。

27、此外，根据本发明一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述电磁波吸收复合材料的电磁波吸收能力是80％以上。

28、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述折射率调节材料包括磁性材料、金属材料、碳材料、陶瓷材料、mxene中的任一种以上。

29、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述导电线包括铁(fe)类、钴(co)类、镍(ni)类、钼(mo)类、锰(mn)类、钕(nd)类、金(au)类、银(ag)类、铜(cu)类、铝(al)类、铂(pt)类、碳纳米管(carbon nanotube)、碳纳米纤维(carbonnanofiber)、炭黑(carbon black)、碳纤维(carbon fiber)和石墨烯(graphene)或钯(pd)类金属或其合金导电体、mxene或聚吡咯、聚苯胺(polyaniline)、聚乙炔(polyacetylene)、聚对亚苯基亚乙烯基(polypphenylenevinylene)、聚噻吩(polythiophene)、聚乙烯二氧噻吩(polyethylenedioxythiophene)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)或作为其合成体的导电高分子中的任一种以上。

30、此外，根据本发明一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，层压多个所述高分子复合体，在所述层压高分子复合体的顶表面上形成有导电线。

31、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述导电线是包括网格状(mesh)、圆形、多边形、开口环形或这些中的任一种以上的复合的形状。

32、此外，根据本发明一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述导电线是以多个间隔或单个间隔形成。

33、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，当所述导电线以多个间隔形成时，具有30％以下的反射率。

34、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述电磁波吸收复合材料在26ghz的频率下具有0.5db以下的电磁波反射率。

35、此外，本发明的另一实施例，可以是电磁波吸收复合材料，其特征在于，所述电磁波吸收复合材料是通过所述数学式1至3导出的匹配频率f范围内反射的电磁波为0.1db以下的电磁波吸收复合材料。

36、此外，本发明提供一种电磁波吸收型电路模块，其包括：电路板，安装有器件；以及上述电磁波吸收复合材料中的任一个，以覆盖至少所述器件的至少一个表面的方式设置于电路板上。

37、此外，本发明提供一种电子设备，其包括所述电磁波吸收型电路模块。

38、此外，本发明提供一种电磁波吸收复合材料的制备方法，其包括：步骤(1)，制备内部含有折射率调节材料高分子复合体；以及步骤(2)，在所述高分子复合体上形成导电线。通过调节高分子复合体的平均折射率、厚度、导电线的线宽和间隔，使得通过以下数学式1至3导出的匹配频率f范围内反射的电磁波为0.2db以下。

39、数学式1：

40、

41、此时，f的下限值为15，上限值为80的频率，

42、deff是由以下数学式2表示的所述导电线的有效间隔，

43、neff是由以下数学式3表示的电磁波吸收复合材料的有效折射率，

44、c是在自由空间的光速。

45、数学式2：

46、deff＝1.53exp(0.23(d-a))

47、d是所述导电线的平均间隔，

48、a是所述导电线的平均线宽。

49、数学式3：

50、

51、n是所述高分子复合体的平均折射率，

52、d是所述导电线的平均间隔，

53、d是所述高分子复合体的厚度。

54、此外，根据本发明一实施例的电磁波吸收复合材料的制备方法，所述步骤(1)的高分子复合体还可以包括折射率调节材料。

55、此外，根据本发明另一实施例的电磁波吸收复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，层压多个所述高分子复合体，所述步骤(2)中，在所述步骤(1)中层压的高分子复合体的顶表面上形成有导电线。

56、此外，根据本发明另一实施例的电磁波吸收复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)可以是使用纤维混合物来将导电线缝制(设置)在所述高分子复合体的任一表面上，所述纤维混合物包含铁(fe)类、钴(co)类、镍(ni)类、钼(mo)类、锰(mn)类、钕(nd)类、金(au)类、银(ag)类、铜(cu)类、铝(al)类、铂(pt)类碳纳米管(carbon nanotube)、碳纳米纤维(carbon nanofiber)、炭黑(carbon black)、碳纤维(carbon fiber)和石墨烯(graphene)或钯(pd)类金属或作为金属合金的导电体、mxene或聚吡咯、聚苯胺(polyaniline)、聚乙炔(polyacetylene)、聚对亚苯基亚乙烯(polypphenylenevinylene)、聚噻吩(polythiophene)、聚乙烯二氧噻吩(polyethylenedioxythiophene)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)或作为其合成体的导电高分子中的任一种以上以及聚氨酯(polyurethane)类、聚酰胺(polyamide)类、聚酯(polyester)类、丙烯酸(acrylic)类、聚烯烃(polyolefin)类、纤维素(cellulose)类、碳类、玻璃类中的至少一种。

57、有益效果

58、根据本发明的电磁波吸收复合材料，用于发射电磁波的电子部件，在特定频段内吸收90％以上的电磁波，同时表现出接近0db的电磁波反射，从而有效地屏蔽电子部件彼此之间的电磁波，在没有电子部件的机械、电器物理性质的下降的情况下，有助于小型化及轻薄化。

59、而且，根据本发明的电磁波吸收复合材料可以通过确定高分子复合体的厚度、折射率、导电线的规格(线宽、间隔等)的有机关系并推导出可进行设计的关系式，以最大化目标匹配频段内的电磁波吸收能力，同时找出可在设定的匹配频率下能够最大化入射的电磁波吸收能力的最佳条件，并且可以设计成在宽频率区域内具有整体较低的反射能力，从而能够最小化处于小型化及轻薄化趋势的电子部件彼此之间的电磁干扰，以提高电子部件的稳定性。