鐵鈷釕三元合金薄膜讓通信更穩(wěn)定

無線通信需依靠特定的電磁波頻段，然而自然界中電磁波頻段豐富且互相干擾。通信要穩(wěn)定，就得屏蔽其他電磁波的干擾。

5月29日，記者從武漢科技大學獲悉，該校材料與冶金學院李享成教授團隊研發(fā)出新型吸波材料(吸收電磁波的材料)，制成鐵鈷釕三元合金薄膜，用于集成電路可吸收90%以上的干擾電磁波，較好地解決了電磁波干擾難題。相關研究成果日前發(fā)表在《合金與化合物》上。

(資料圖片僅供參考)

亟須研發(fā)新的抗電磁波干擾材料

日常生活中，電磁波無處不在。我們使用的電子產(chǎn)品經(jīng)常受到電磁波干擾，電視機屏幕出現(xiàn)雪花點、手機聽筒傳來雜音等現(xiàn)象都可能由電磁波干擾導致。

目前，國內(nèi)外科學家一直致力研發(fā)新型吸波材料——在盡量寬的頻率范圍內(nèi)，把干擾信號全部吸收，以減少電磁波干擾。

“特別在5G通信大規(guī)模應用之后，集成電路工作頻率不斷提高、帶寬不斷增加，原有的一些抗電磁波干擾材料在寬頻率范圍內(nèi)，吸收電磁波的能力變差。”李享成說，研發(fā)新的抗電磁波干擾材料，成為國內(nèi)外科學家研究的新熱點。

5年前，李享成團隊師生閱讀文獻時，注意到科學家們發(fā)現(xiàn)了一種新的金屬元素——釕，其四方結構具有室溫鐵磁性。

于是，他們嘗試將釕和鐵、鈷這兩種常見的磁性元素，按照一定比例混合均勻、熔煉，以提高吸波材料的性能。

團隊成員、研三學生鄔園園說，他們將釕、鐵、鈷混合，制成磁粉薄膜，測算其吸波性能。

該團隊經(jīng)多次計算模擬與實驗驗證發(fā)現(xiàn)，釕的摻雜比例在1%左右就能形成獨特的合金晶體結構，此時磁粉薄膜吸收電磁波的效率最高，可以達到97%。

由于電磁波以一定的角度發(fā)射，該團隊測算，當磁粉實現(xiàn)分層平行排列，電磁波通過薄膜時，其吸波效果最好。

不斷優(yōu)化原材料和制作工藝

“把釕和鐵、鈷結合制作薄膜并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有兩個難點。”李享成介紹，一是要通過理論計算獲得釕的最佳摻雜比例;二是要通過裝置改進與工藝優(yōu)化，實現(xiàn)高密度高取向薄膜的均質(zhì)生產(chǎn)。

經(jīng)歷上萬次的設計和驗證，反復做實驗來調(diào)整和改進，2023年春節(jié)前，李享成團隊終于做出了新型吸波材料。

該團隊最新研發(fā)的磁性吸波材料——鐵鈷釕三元合金薄膜，放在一個成人手掌大小的集成電路板上，磁粉薄膜厚度僅200微米。

“在電子顯微鏡下，它有13層薄膜，磁粉不是顆粒狀的粉末，而是呈片狀。”鄔園園介紹，磁粉薄膜由三元合金磁粉和樹脂材料黏合而成，若沒有技術干預，磁粉在樹脂中無序排列，東倒西歪，會降低電磁波的吸收效率。

為讓磁粉實現(xiàn)層層堆疊、有序排列，該團隊推導鐵鈷釕片狀磁粉的磁場取向，首創(chuàng)“磁場下的扭矩模型”，通過旋轉磁場干預，讓磁粉呈現(xiàn)平行定向排列，平行分布在樹脂中，以達到最優(yōu)吸波效果。

該團隊還研發(fā)了相關裝置，在磁粉薄膜生產(chǎn)中實時監(jiān)測磁場分布，保證均質(zhì)生產(chǎn)——隨意切下一塊，都能達到同等級的吸波性能。在提高抗電磁波干擾能力的同時，團隊不斷優(yōu)化原材料和制作工藝，把成本控制在合理范圍內(nèi)，為成果轉化、大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎。

“國際上的吸波材料在整個5G通信頻段內(nèi)能吸收80%的干擾電磁波。我們研發(fā)的新型吸波材料，在這個頻段的吸波效率平均可達90%。”李享成自豪地說，在某些使用頻率較高的頻點，他們研發(fā)的新型吸波材料吸波效率可以達到95%以上，能更好地解決電磁波干擾難題，且成本比國外降低30%左右。

目前，該吸波材料依托科研平臺已完成實驗室制備，并進入工廠中試。已有3家企業(yè)正在和團隊對接合作轉化。

標簽： 三元合金 鐵鈷釕三元合金 三元合金薄

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