電磁波吸收材料的案例
西工大《CEJ》：新一代穩(wěn)定、輕質(zhì)、高效電磁波吸收材料！
消除電磁污染、保護(hù)人體健康和設(shè)備完整性是幾十年來民用吸波材料的發(fā)展目標(biāo)。然而，隨著通信設(shè)備的發(fā)展，廣泛用于傳輸信息的電磁波強(qiáng)度逐漸增加，頻率范圍逐漸擴(kuò)大(從兆赫到千兆赫)，使得傳統(tǒng)的吸收材料難以滿足復(fù)雜電磁污染的消除要求。新一代高效吸收材料對(duì)候選材料提出了四大要求：涂層厚度更薄、重量更輕、吸收范圍更廣、吸收能力更強(qiáng)。對(duì)社會(huì)來說，這是發(fā)展的必然要求，對(duì)科研人員來說，這是新一輪的挑戰(zhàn)。
近日，西北工業(yè)大學(xué)Di Lan等人采用水熱法合成了新型硅酸鈷包覆的雙層中空玻璃微球（HGMs），并對(duì)其進(jìn)行了煅燒。通過對(duì)樣品的物相、形貌和電磁波吸收特性的詳細(xì)表征，發(fā)現(xiàn)磁損耗成分Co2SiO4和介電損耗成分中空玻璃微球
HGMs
的結(jié)合在電磁波的引入和耗散中起著重要作用。在討論部分，作者重點(diǎn)比較了復(fù)合材料和單組分材料，并詳細(xì)說明了新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對(duì)材料穩(wěn)定性和電磁波吸收性能的影響。當(dāng)匹配厚度(d)為2.9毫米時(shí)，HGMs@Co2SiO4的最小反射損耗(RLmin)達(dá)到 -46.7分貝，相應(yīng)的有效吸收帶寬(RL < 10分貝)為5.92 GHz。這種新型雙殼HGMs@ Co2SiO4將成為新一代穩(wěn)定、輕質(zhì)、高效電磁波吸收材料的優(yōu)秀候選材料。這項(xiàng)研究工作以“Double-shellhollow glass microspheres@Co2SiO4 for lightweight andefficient electromagnetic wave absorption”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。
展開 青島大學(xué)《JMST》封面：復(fù)合材料設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高性能電磁波吸收性能！
青島大學(xué)吳廣磊教授團(tuán)隊(duì)近期以采用松塔為碳源制備的Ni/NiO@C復(fù)合材料為研究對(duì)象，通過調(diào)整復(fù)合材料的制備工藝達(dá)到了調(diào)控復(fù)合材料中Ni與NiO比例的目的。研究表明，含Ni13.17%的Ni/NiO@C復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電磁波吸收性能，最小反射損耗值（RLmin）在2.4 mm時(shí)達(dá)到了-51.1 dB，同時(shí)在2.7 mm時(shí)最大吸收帶寬（EAB，RL≤-10 dB）達(dá)到5.12 GHz。
背景介紹
電子通信設(shè)備的日益發(fā)展所引起的電磁波干擾已成為當(dāng)今世界亟需解決的難題。這些電磁波不僅會(huì)對(duì)人體健康造成危害，還會(huì)干擾正常的通訊交流。因此，探索并制備新型高性能電磁波吸收材料來降低電磁波的不利影響成為了當(dāng)下研究熱點(diǎn)。
近年來，磁/介電損耗型復(fù)合材料由于兼具磁損耗以及介電損耗的優(yōu)勢(shì)而被制備用于高性能電磁波吸收材料，同時(shí)異質(zhì)界面的增加也會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)材料體系的介電損耗能力。因此，對(duì)于復(fù)合材料各組分的合理設(shè)計(jì)對(duì)優(yōu)化復(fù)合材料的電磁波吸收性能具有重要意義。
展開 【科普系列】電磁波的“克星”—介電損耗型吸波材料
吸波材料研發(fā)意義
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)特別是微波通信技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，環(huán)境中存在的電磁（EM）輻射污染已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視的問題。在日常生活方面，電磁污染已經(jīng)給我們?cè)斐呻[患，例如在機(jī)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)航班因電磁波干擾無法起飛而誤點(diǎn)；在醫(yī)院、移動(dòng)電話常會(huì)干擾各種電子診療儀器的正常工作。而在軍事方面，敵方的雷達(dá)、紅外、激光、電磁信號(hào)等特征信號(hào)可以在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)我方武器，大大減弱武器的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。因此吸波材料不僅在生活中可以解決電磁污染現(xiàn)象，在軍事上可以應(yīng)用于隱身技術(shù)中，使得武器難以被探測(cè)，起到隱身的作用。因此，電磁波吸收材料的研發(fā)具有重要的意義。
展開 哈工大張濤老師課題組Carbon：有機(jī)先驅(qū)體法制備超輕h-BCN陶瓷具備可調(diào)節(jié)性電磁波吸收性能
系統(tǒng)地研究了h-BCN先驅(qū)體的聚合機(jī)理、電子特征、熱解過程以及電磁波吸收性質(zhì)。通過改變反應(yīng)單體比例，可控電磁波吸收的反射損失最小值從5.44 GHz處的-52.7 dB改變?yōu)?4.8 GHz處的-20.6 dB。電磁波吸收頻帶從S到Ku。該產(chǎn)物還具有出色的熱穩(wěn)定性（在1200°C時(shí)重量損失僅為10.8％），在下一代隱形材料（特別是臨界馬赫數(shù)飛行器）和工業(yè)屏蔽材料的候選材料方面，具有很好的前景。
文獻(xiàn)鏈接：Ultra-light h-BCN architectures derived from new organic monomer with tunable electromagnetic wave absorption. Carbon. 2018;136:345-58. DOI: 10.1016/j.carbon.2018.05.001
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在電磁波仿真中定義材料屬性的 3 種方法
如果集膚深度遠(yuǎn)小于對(duì)象，您可以按照 “模擬電磁波問題中的金屬對(duì)象” 文章中的做法將域作為一個(gè)邊界條件模擬。如果集膚深度與對(duì)象尺寸相仿或更大，電磁場(chǎng)將透入對(duì)象并在域內(nèi)發(fā)生明顯的相互作用。
入射在電導(dǎo)率及集膚深度不同的對(duì)象上的平面波。集膚深度小于波長(zhǎng)時(shí)，使用邊界層網(wǎng)格（右）。繪制了電場(chǎng)。
如果集膚深度小于對(duì)象，那建議使用邊界層網(wǎng)格剖分來求解邊界法向方向上的場(chǎng)中的強(qiáng)烈變化，每單位集膚深度應(yīng)至少使用一個(gè)單元，同時(shí)應(yīng)使用至少三個(gè)邊界層單元。如果集膚深度大于介質(zhì)的等效波長(zhǎng)，那就可以通過在每波長(zhǎng)應(yīng)用五個(gè)單元來求解介質(zhì)本身的波長(zhǎng)，如上方左圖所示。
小結(jié)
本文我們介紹了在 COMSOL Multiphysics 中定義電磁波模型的材料屬性的幾種方法。我們發(fā)現(xiàn)，在一定頻率范圍內(nèi)，用于定義相對(duì)介電常數(shù)的材料模型甚至也適合定義金屬材料。另一方面，根據(jù) “模擬電磁波問題中的金屬對(duì)象” 文章中的介紹，我們還可以通過邊界條件定義金屬域。結(jié)合我們之前發(fā)布的關(guān)于模擬開放邊界條件及模擬端口的文章，我們已經(jīng)基本掌握了電磁波模擬的所有相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。
本文來自： COMSOL 博客
展開 25，調(diào)控電磁波的傳播方向1-使用石墨烯調(diào)制雙曲材料等頻線實(shí)現(xiàn)負(fù)折射 ￥2500
論文重點(diǎn)：通過給石墨烯施加不同的電壓，實(shí)現(xiàn)了電磁波從正折射到負(fù)折射的轉(zhuǎn)變。
模型介紹：
作者在雙曲材料MoO3上一半?yún)^(qū)域覆蓋上石墨烯。然后在沒有覆蓋石墨烯的MoO3上面放上一個(gè)金納米棒，讓平面電磁波激發(fā)出金納米棒的偶極共振，偶極共振在雙曲材料上傳播，其波前為雙曲線，表明波是發(fā)散的。但是當(dāng)波穿越同上一定電壓的石墨烯后，波前變?yōu)闄E圓，表面波匯聚了。作者將石墨烯費(fèi)米能級(jí)EF從0加到0.66eV，實(shí)驗(yàn)上和仿真上都觀測(cè)到了波從發(fā)散到匯聚的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象的本質(zhì)是波的傳播從正折射轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)折射了，實(shí)現(xiàn)了正負(fù)折射的可調(diào)可控轉(zhuǎn)變。
下面是使用comsol繪制的動(dòng)態(tài)圖
下面是我對(duì)正文圖片中仿真結(jié)果的復(fù)現(xiàn)
圖2
圖3
最后是付費(fèi)內(nèi)容，包含上面展示的所有復(fù)現(xiàn)結(jié)果，即論文圖2cd,圖3d的復(fù)現(xiàn)，如下。
展開 西安工業(yè)大學(xué)《Carbon》：新型納米復(fù)合材料，優(yōu)異的吸波性能！
(EMW)吸收材料正被廣泛應(yīng)用于無人駕駛、第五代通信、地外探索等新興領(lǐng)域，以應(yīng)對(duì)電磁干擾和通信安全帶來的挑戰(zhàn)。
導(dǎo)熱吸波材料研究進(jìn)展
通常，設(shè)備廠商采用大量的導(dǎo)熱材料，例如石墨烯，來解決散熱問題；針對(duì)電子設(shè)備內(nèi)電磁泄漏、電磁干擾等問題主要有 2種解決辦法：1）采用電磁屏蔽類材料和屏蔽結(jié)構(gòu)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，但屏蔽罩應(yīng)用場(chǎng)景有限、安裝工序復(fù)雜、需接地，易存在縫隙或接地不良造成屏蔽失效；2）采用吸波材料，即對(duì)需要保護(hù)的電子元器件覆蓋一層吸波材料，對(duì)電磁波進(jìn)行吸收，進(jìn)而達(dá)到降低或者消除電磁干擾的目的。
與采用電磁屏蔽罩相比，吸波材料具有使用方便、無需接地、適用范圍廣以及可以避免自我干擾等優(yōu)點(diǎn)。
導(dǎo)熱材料與吸波材料已形成成熟的產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用于解決電子設(shè)備的散熱以及電磁波吸收等領(lǐng)域。但是隨著 5G 技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備集成度更高、芯片功率更大、電磁輻射污染頻率更復(fù)雜，而電子設(shè)備內(nèi)部空間狹小，導(dǎo)熱墊片已經(jīng)占據(jù)了器件表面縫隙空間導(dǎo)致無法疊加使用吸波材料。
因此，兼具高效導(dǎo)熱與高性能電磁波吸收雙功能的材料顯得至關(guān)重要。而在電子設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)熱吸波材料不僅要考慮自身的散熱與電磁波吸收性能，更要注意自身的柔性、導(dǎo)電性、力學(xué)性等以防在使用過程中導(dǎo)致材料自身失效或者造成電子設(shè)備的損壞。
目前，市場(chǎng)上已有一些導(dǎo)熱吸波產(chǎn)品，如導(dǎo)熱吸波貼片、導(dǎo)熱吸波涂層等。該類產(chǎn)品兼具一定的導(dǎo)熱與電磁雜波吸收功能，可以解決一定程度上的散熱和電磁干擾的問題。
但總體上是導(dǎo)熱和吸波材料的簡(jiǎn)單混合，對(duì)導(dǎo)熱和吸波性能都進(jìn)行了較大程度的妥協(xié)，從而影響其在實(shí)際中的使用效果和應(yīng)用范圍。
而從該領(lǐng)域的研究情況來看，大部分仍然集中在 2 種功能填料的共混填充方面，對(duì)于新方法、新機(jī)理和新材料的探索仍然較為缺乏。
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