國際上的吸波材料在整個5G通信頻段內能吸收80%的干擾電磁波。我們研發的新型吸波材料，在這個頻段的吸波效率平均可達90%。
李享成 武漢科技大學材料與冶金學院教授
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。通信要穩定，就得屏蔽其他電磁波的干擾。
6月3日，科技日報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表在《合金與化合物》上。
亟須研發新的抗電磁波干擾材料
日常生活中，電磁波無處不在。我們使用的電子產品經常受到電磁波干擾，電視機屏幕出現雪花點、手機聽筒傳來雜音等現象都可能由電磁波干擾導致。
目前，國內外科學家一直致力研發新型吸波材料——在盡量寬的頻率范圍內，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，吸收電磁波的能力變差?！崩钕沓烧f，研發新的抗電磁波干擾材料，成為國內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，注意到科學家們發現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。
該團隊經多次計算模擬與實驗驗證發現，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射，該團隊測算，當磁粉實現分層平行排列，電磁波通過薄膜時，其吸波效果最好。
不斷優化原材料和制作工藝
“把釕和鐵、鈷結合制作薄膜并實現產業化，有兩個難點?！崩钕沓山榻B，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化，實現高密度高取向薄膜的均質生產。
經歷上萬次的設計和驗證，反復做實驗來調整和改進，2023年春節前，李享成團隊終于做出了新型吸波材料。
該團隊最新研發的磁性吸波材料——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?！编w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“磁場下的扭矩模型”，通過旋轉磁場干預，讓磁粉呈現平行定向排列，平行分布在樹脂中，以達到最優吸波效果。
該團隊還研發了相關裝置，在磁粉薄膜生產中實時監測磁場分布，保證均質生產——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，團隊不斷優化原材料和制作工藝，把成本控制在合理范圍內，為成果轉化、大規模生產奠定了基礎。
“國際上的吸波材料在整個5G通信頻段內能吸收80%的干擾電磁波。我們研發的新型吸波材料，在這個頻段的吸波效率平均可達90%?！崩钕沓勺院赖卣f，在某些使用頻率較高的頻點，他們研發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家企業正在和團隊對接合作轉化。
