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專利名稱 奈米鐵氧磁粉微波吸收體複合材料THE MICROWAVE ABSORBER OF THE NANO FERRITE MAGNETIC COMPOSITE MATERIALS
專利證號 I324780
國別 中華民國
獲證日期 20100511
專利摘要 一種以奈米鐵氧磁粉微波吸收體複合材料，其包含；(a)一種粒徑60nm~80nm的鐵氧磁粉，其含量為10~17.5wt%；(b)一種粒徑70nm~100nm的導電碳黑，其含量為10~17.5wt%；(c)一種高分子聚合物，其含量為65~80wt%；(d)一種分散助劑，其含量為高分子聚合物(c)中的27wt%；將(a)加入(d)中攪拌均勻後，其次再將(b)加入(d)除外之(c)中攪拌均勻，再將前述二者混合攪拌均勻，再將前述二者混合攪拌均勻，經三滾筒研磨分散至細度小於5μm後，倒入模具中加壓加熱製成薄片狀即成。本發明可應用於一般用微波吸收或干擾防制，其整體厚度為2~2.2mm，其中厚度2.06mm，在11GHz具有大於40dB之衰減電磁波效能，10dB頻寬為2.6GHz頻寬比為23%，20dB吸收頻寬為760MHz，頻寬比為6.9%；在微波頻段一般微米鐵氧磁粉末至少含量須達70~85%以上才具有吸收效果，重量至少達5kg/m 2 以上，介電性粉末9~10GHz其20dB吸收頻寬比為1~3.5%，因此本發明除有效降低以單一微米磁性粉末製作之吸波片重量外，改善單一微米介電粉末吸收頻寬不足，部份產品可涵蓋10dB頻寬可涵蓋2.8GHz，20dB涵蓋780MHz，有效改善以單一微米鐵氧磁粉末或介電粉末於微波頻段吸收體之缺點。 【創作特點】 吸波材料設計考量因素具有三個基本條件：(1)當電磁波進入材料第一介面反射量減少，即設計時要考慮自由空間與材質波阻抗匹配特性；(2)當電磁波進入材料內部於內部進行傳播，能迅速將能量衰減即考慮其衰減電磁波能量之特性，此部份與材料的電磁參數損耗項μ"、ε"有關；(3)利用吸波片厚度為四分之一波長時，使入射波與反射波產生異相干涉行為，使反射量儘量減小，此部份與材料本質特性阻抗與厚度有關，根據電磁理論電場與磁場邊界條件，平面電磁波入射背有金屬板之薄片吸波體其示意如圖1.，由電磁場邊界條件可推導電場反射係數為其中εr=ε'-j ＊ ε"，μr=μ'-j ＊ μ"。因此，反射係數Γ為(f、d、ε'、ε"、μ'、μ")六個參數的方程式，且0Γ1，在此定義衰減值D，單位為分貝(dB)D≡20log|Γ|對衰減值超過-20dB，即|Γ|0.1，上述反射係數之六個參數需設當的匹配，其中可將反射係數方程式的f與d可合併為一個參數f(GHz) ＊ d(mm)，將上述推導之理論公式以電腦數值計算，分析電磁波衰減效果與f ＊ d、ε'、ε"、μ'、μ"的關係，以輔助吸收體設計與製作。若f ＊ d=15，當ε'以5、10、15、20增加時，電磁波吸收值等於或小於-20dB所對應於導磁係數μ'、μ"數值計算結果如圖2之等值曲線內，所對應之μ'、μ"數值降低與匹配範圍愈小；f ＊ d=20，當ε'以5、10增加時，電磁波吸收值等於或小於-20dB，所對應之μ'、μ"數值計算結果如圖3之等值曲線內，所對應之μ'、μ"數值降低與匹配範圍愈小，相較於f ＊ d=15時，相同頻率下厚度愈大匹配導磁係數愈小；f ＊ d=20，當ε"以5、10、15增加時，電磁波吸收值等於或小於-20dB，所對應之μ'、μ"數值計算結果如圖4之等值曲線內，所對應之μ'、μ"數值降低，但匹配範圍幾不變。由上述分析過程可知添加介電材料提升磁性吸波材料介電性，可降低匹配導磁係數，因此可減少磁粉末參雜濃度，另外若能適當設計匹配厚度可將吸收頻寬增加，由上述設計規則可改善過去一般磁性吸波材料重量與吸收頻寬問題。由於鐵氧磁粉Snoek’s Limit特性，導磁係數隨頻率增加而快速遞減，因此，當吸收體厚度固定，添加適當比例介電性粉末後，因導磁係數匹配值降低，致所需磁性粉末重量比下降，可有效大幅減小吸收體重量，但匹配區間變窄，頻寬變小，匹配頻段降低；介電材料因添加磁性粉末，使介電常數實部ε'匹配值降低，減少介電材料重量比可匹配於較高頻。因此，經由控制添加介電材料與磁性材料的比例，可使所需磁性粉末重量比下降，可有效大幅減小吸收體重量，匹配於較低微波頻段；而磁性材料可使介電材料匹配值降低，可設計匹配較高頻微波範圍，以如此複合材料適當設計後便可將匹配的高、低頻範圍結合使吸收頻寬增加，而添加粉末減少重量減輕。本發明即藉由適當添加導電碳黑材料於鐵氧磁粉中調整吸波體電磁參數匹配，於微波X頻段吸收值即可大於20dB以上，若奈米鐵氧磁粉導磁係數實部μ'=1~1.3、虛部μ"0，設計吸波片厚度2mm、吸收值大於20dB，以電腦數值計算介電常數ε'、ε"數值分佈區間如圖4，介電常數實部與虛部分佈於隨頻率(GHz)及厚度(mm)的乘積增加而降低，當頻率f ＊ d=15~20(GHz．mm)，介電常數實部ε'=10~17與虛部ε"=4~8，因此調整所添加之導電碳黑材料介電常數能匹配上述分佈區，故所製成吸波片具大於20dB。

IPC國際分類號

H01F-010/20(2006.01);H05K-009/00(2006.01)