磁介电材料、其制造方法和用途技术

磁性纤维包括：芯，所述芯包含式Me

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁介电材料、其制造方法和用途
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年7月16日提交的美国申请第62/874567号的权益，其通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]本公开一般地涉及磁性芯
‑
壳纤维、磁介电材料、所述纤维和所述材料的制造方法及其用途。
[0004]较新的设计和制造技术已驱使电子组件的尺寸越来越小，例如，诸如电子集成电路芯片上的电感器、电子电路、电子封装、模块、壳体和天线的组件。减小电子组件尺寸的一种途径是使用磁介电材料作为基底。特别地，已经广泛地研究了铁氧体、铁电体和多铁性材料作为具有增强的微波特性的功能材料。然而，这些材料并不完全令人满意，因为它们常常无法提供期望的带宽，并且它们在高频(例如在吉赫范围内)下可能表现出高的磁损耗。
[0005]然而，目前的磁介电复合材料经常表现出限制它们的采用或实用性的多种不期望的特征，所述特征包括以下中的一者或更多者(或全部)：复合材料在大于1.0吉赫(GHz)的频率下的低有效磁导率、复合材料在大于1.0GHz的频率下的高磁损耗、复合材料的不匹配的阻抗(主要是介电常数远远大于磁导率)、由于有大尺寸磁性填料而机械强度低、以及由于铁氧体填料或磁性合金填料的密度而导致的高重量。
[0006]因此，本领域仍然需要在吉赫范围内具有低的磁损耗的磁介电材料。

技术实现思路

[0007]磁性纤维包括：芯，所述芯包含式Me1‑
x
M
x
Fe
y
O4的尖晶石型铁氧体，其中Me为Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、或其组合，M为Zn、Mg、Co、Cu、Al、Cr、Mn、或其组合，x＝0至0.25，以及y＝1.5至2.5，其中所述芯为实心的或至少部分中空的；和壳，所述壳至少部分地围绕所述芯并且包含Me1‑
x
M
x
Fe
y
合金，其中当所述芯为实心的以及Me＝Ni且x＝0时，磁性纤维的直径大于0.3微米。
[0008]制造磁性纤维的方法包括：由尖晶石型铁氧体的金属源化合物制备纤维；煅烧所述纤维以合成尖晶石型铁氧体并获得芯；以及在包含氢气、氮气、氩气、或其组合的气氛中使所述芯还原以形成磁性纤维的壳。
[0009]磁介电材料包含聚合物基体；和多根磁性纤维，其中所述磁介电材料的1GHz下磁损耗角正切小于或等于0.03。
[0010]制造所述磁介电材料的方法包括：将聚合物、多根所述磁性纤维、任选的溶剂和任选的添加剂组合物合并以形成组合物；任选地从组合物中除去溶剂；以及将组合物冷却以提供所述磁介电材料。
[0011]还描述了包含磁介电材料的制品，其包括天线、变压器、抗电磁干扰材料、或电感器。
附图说明
[0012]以下附图为示例性实施方案，提供这些示例性实施方案以说明本公开。附图为实例的说明，其不旨在将根据本公开制成的装置限于本文所述的材料、条件、或工艺参数。
[0013]图1是具有实心的芯的磁性纤维的一个实施方案的截面图；
[0014]图2是具有中空管形芯的磁性纤维的一个实施方案的截面图；
[0015]图3是包含具有实心的芯的对齐的磁性纤维的磁介电材料的一个实施方案的图示。
[0016]图4是导电层设置在磁介电材料上的一个方面的图示；
[0017]图5是图案化导电层设置在磁介电材料上的一个方面的图示；
[0018]图6是双频磁介电材料的一个方面的图示。
具体实施方式
[0019]出乎意料地发现，包含聚合物基体和具有被合金壳至少部分地围绕的尖晶石型铁氧体芯的多根磁性纤维的磁介电材料在1GHz至5GHz的频率范围内显示出改善的诸如高磁导率、低介电常数、以及低的磁损耗和介电损耗的特性。发现磁介电材料的1GHz、或1GHz至10GHz下磁损耗角正切可以小于或等于0.03。具有这样的低磁损耗的磁介电材料可以有利地用于高频应用例如用于天线应用。
[0020]磁性纤维具有芯
‑
壳结构。纤维芯包含式Me1‑
x
M
x
Fe
y
O4的尖晶石型铁氧体。Me可以为Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、或其组合。优选地，Me为Ni、Mn、Co、Mg、Li、或其组合。更优选地，Me为Ni。M可以为Zn、Mg、Co、Cu、Al、Cr、Mn、或其组合；x＝0至0.25；以及y＝1.5至2.5。选择尖晶石型铁氧体中的金属Me和掺杂物M的备选物和量以提供具有期望的磁介电特性的磁性纤维。
[0021]选择尖晶石型铁氧体的晶粒尺寸以提供具有适合于给定应用的磁介电特性的磁性纤维。晶粒尺寸可以通过控制铁氧体合成条件(例如，温度、加热时间、以及加热或冷却的速率)来控制。尖晶石型铁氧体的平均晶粒尺寸可以为5纳米至500纳米、或10纳米至100纳米、或10纳米至30纳米、或30纳米至60纳米、或60纳米至100纳米、或100纳米至200纳米、或200纳米至500纳米。优选地，平均晶粒尺寸为10纳米至100纳米。晶粒尺寸可以通过X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微术(TEM)、或其组合来确定。
[0022]芯可以为实心的、至少部分中空的、或管形。
[0023]磁性纤维的壳至少部分地围绕芯。例如，壳可以覆盖芯材料的总表面积的5％至100％、或10％至80％、或10％至50％。壳的厚度可以为20纳米至2微米，优选为50纳米至500纳米。磁性纤维的壳包含Me1‑
x
M
x
Fe
y
合金。Me可以为Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、或其组合。优选地，Me为Ni、Mn、Co、Mg、Li、或其组合。更优选地，Me为Ni。M可以为Zn、Mg、Co、Cu、Al、Cr、Mn、或其组合；x＝0至0.25；以及y＝1.5至2.5。选择壳厚度以及壳中的金属Me和掺杂物M的特性(identity)和量以提供具有期望的磁介电特性的磁性纤维。
[0024]在磁性纤维的一些实施方案中，Me、M、x和y在芯铁氧体和壳合金中是相同的。
[0025]磁性纤维可以具有0.1微米至20微米的直径，优选具有0.3微米至10微米的直径。当芯为实心的，以及Me为Ni且x＝0时，磁性纤维的直径大于0.3微米。图1是具有芯12和壳14的磁性纤维的截面的图示。纤维的芯12的直径为直径D，以及壳厚度为厚度t。磁性纤维可以
包含芯与壳之间的分散边界(例如，如图1所示)，或者可以在芯与壳之间存在扩散边界，其中合金的浓度从扩散边界上的某个位置随着距离纤维中心的距离增加一定距离而增加，直到浓度任选地随着距离所述中心的距离向纤维的表面进一步增加而达到平稳。
[0026]当芯为管的形状时，管状芯的内径的平均值可以为0.01微米至3微米。优选地，内径的平均值为0.05微米至1微米。图2是具有壳14和具有内径d的中空管形芯12的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁性纤维，包括：芯，所述芯包含式Me1‑
x
M
x
Fe
y
O4的尖晶石型铁氧体，其中Me为Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、或其组合，M为Zn、Mg、Co、Cu、Al、Cr、Mn、或其组合，x＝0至0.25，以及y＝1.5至2.5，其中所述芯为实心的或至少部分中空的；和壳，所述壳至少部分地围绕所述芯，并且包含Me1‑
x
M
x
Fe
y
合金，其中当所述芯为实心的以及Me＝Ni且x＝0时，所述磁性纤维的直径大于0.3微米。2.根据权利要求1所述的磁性纤维，所述磁性纤维的直径为0.1微米至20微米。3.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，其中所述芯为管的形状。4.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，其中所述芯为管的形状，并且所述芯的内径的平均值为0.01微米至3微米。5.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，其中所述芯为实心的。6.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，所述磁性纤维的长度为0.5微米至5000微米、3微米至4000微米、或1微米至1000微米。7.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，所述磁性纤维的纵横比为5至20000、5至5000、或5至1000。8.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，其中所述尖晶石型铁氧体的平均晶粒尺寸为10纳米至500纳米。9.根据前述权利要求中任一项所述的磁性纤维，其中所述壳的厚度为20纳米至2微米。10.一种制造根据权利要求1至9中任一项所述的磁性纤维的方法，包括：由尖晶石型铁氧体的金属源化合物制备纤维；煅烧所述纤维以合成所述尖晶石型铁氧体并获得芯；以及在包含氢气、氮气、氩气、或其组合的气氛中使所述芯还原以形成所述磁性纤维的壳。11.根据权利要求10所述的方法，其中使所述芯还原在100℃至1000℃的温度下进行。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述金属源化合物可溶于水或乙醇中。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中制备所述纤维包括对包含所述金属源化合物的溶液进行静电纺丝、离心纺丝或机械纺丝。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚杰，罗伯特，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：