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(xué)獲悉，該校材料與冶金學(xué)院李享成教授團(tuán)隊(duì)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(guān)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(jī)屏幕出現(xiàn)雪花點(diǎn)、手機(jī)聽筒傳來雜音等現(xiàn)象都可能由電磁波干擾導(dǎo)致。

目前，國內(nèi)外科學(xué)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(yīng)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(xué)家研究的新熱點(diǎn)。

5年前，李享成團(tuán)隊(duì)師生閱讀文獻(xiàn)時(shí)，注意到科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種新的金屬元素——釕，其四方結(jié)構(gòu)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(tuán)隊(duì)成員、研三學(xué)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(tuán)隊(duì)經(jīng)多次計(jì)算模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，釕的摻雜比例在1%左右就能形成獨(dú)特的合金晶體結(jié)構(gòu)，此時(shí)磁粉薄膜吸收電磁波的效率最高，可以達(dá)到97%。

由于電磁波以一定的角度發(fā)射，該團(tuán)隊(duì)測算，當(dāng)磁粉實(shí)現(xiàn)分層平行排列，電磁波通過薄膜時(shí)，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(jié)合制作薄膜并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有兩個(gè)難點(diǎn)。”李享成介紹，一是要通過理論計(jì)算獲得釕的最佳摻雜比例;二是要通過裝置改進(jìn)與工藝優(yōu)化，實(shí)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(shè)計(jì)和驗(yàn)證，反復(fù)做實(shí)驗(yàn)來調(diào)整和改進(jìn)，2023年春節(jié)前，李享成團(tuán)隊(duì)終于做出了新型吸波材料。

該團(tuán)隊(duì)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(gè)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(shù)干預(yù)，磁粉在樹脂中無序排列，東倒西歪，會(huì)降低電磁波的吸收效率。

為讓磁粉實(shí)現(xiàn)層層堆疊、有序排列，該團(tuán)隊(duì)推導(dǎo)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(zhuǎn)磁場干預(yù)，讓磁粉呈現(xiàn)平行定向排列，平行分布在樹脂中，以達(dá)到最優(yōu)吸波效果。

該團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了相關(guān)裝置，在磁粉薄膜生產(chǎn)中實(shí)時(shí)監(jiān)測磁場分布，保證均質(zhì)生產(chǎn)——隨意切下一塊，都能達(dá)到同等級的吸波性能。在提高抗電磁波干擾能力的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)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(zhuǎn)化、大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

“國際上的吸波材料在整個(gè)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(gè)頻段的吸波效率平均可達(dá)90%。”李享成自豪地說，在某些使用頻率較高的頻點(diǎn)，他們研發(fā)的新型吸波材料吸波效率可以達(dá)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(tái)已完成實(shí)驗(yàn)室制備，并進(jìn)入工廠中試。已有3家企業(yè)正在和團(tuán)隊(duì)對接合作轉(zhuǎn)化。

標(biāo)簽： 三元合金 鐵鈷釕三元合金 三元合金薄

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