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高频传输线缆的材料革新

--通过改性碳纳米管增强导电、吸波、屏蔽特性实现

· 导电塑料

ICT产业的发展、5G/6G技术的推广以及汽车自动驾驶技术的应用,正在快速推动各种 静电释放(ESD)以及 电磁屏蔽(EMI Shielding)材料的需求,新要求包括了 高强度、轻量化小型化等。

传统的导电填料(向聚合物中添加炭黑、碳纤维、不锈钢纤维以及金属添加剂等)已经无法充分满足这些要求,会带来诸如产品掉粉、加工困难、密度过高、产品过重等问题。例如,在静电释放应用领域,使用炭黑作为导电添加剂时,炭黑的添加量往往较高,由于高含量炭黑的存在,产品有时会出现 “掉粉“的问题,这会造成电子产品污染,对精密电子产品的包装是不可接受的,高含量的炭黑还会影响材料的机械性能,例如韧性、拉伸性能等。

充分利用笔者在碳纳米管领域分散和纯化的最新经验,以及笔者在通信线缆行业的过往积累,试图抛砖引玉,探讨和实施改性碳纳米管用于高频传输线缆的性能优化:

1,CAT6,CAT7吸波屏蔽十字骨架及隔离发泡带

2,CAT7,CAT8 PiMF屏蔽线对(对绞或平行)吸波屏蔽带

3,HDMI2.1,USB4 PiMF屏蔽线对(对绞或平行)吸波屏蔽带

4,HDMI2.1,USB4,Displayport微同轴屏蔽缠绕层的挤出或涂敷工艺

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碳纳米管由于其结构的特殊性同时具备金属和半导体特性,且碳纳米管不同部位电导率有所区别,故其做为吸波、屏蔽材料可以实现更宽频和更强的吸收。

由于碳纳米管的高电导率,其主要微波吸收机制为电导损耗,所以单独使用时作为吸收剂性能并不理想,过高的电导率会引起电磁匹配失衡,电磁波易在碳材料表面发生高反射无法进入吸波材料内部,导致电磁波吸收率较低。只有通过与其他材料复合制备导电屏蔽吸波复合材料,提高碳纳米管阻抗匹配和微波吸收性能的有效方法。为了改善碳纳米管的吸波性能,将碳纳米管与含钛含锌等介电金属氧化物半导体材料以及镍铁磁性金属和合金及其磁性金属氧化物等磁性材料复合来增加磁损耗。

将两种或两种以上不同损耗类型的材料与碳纳米管相结合,即一种磁损耗材料和一种介电损耗材料,最终得到的复合材料兼具介电、电导与磁损耗性能,不但在吸波强度和频宽上得到提升,电磁匹配也得到巨大改善。

关键技术是以多壁碳纳米管作为前驱体,通过酸化改性处理,在碳纳米管管壁引入含氧官能团,在多壁碳纳米管管壁引入锌铁氧体和含钛两种不同损耗类型的吸波粒子,制备出了同时具有磁损耗、电阻损耗和电导损耗的改性碳纳米管。当微波进入材料内部时,磁损耗、电阻损耗和电导损耗协同作用,极大限度将微波吸收消耗。
六类、七类网线是综合布线工程中常用的网线,内部4对线芯双绞线能抵御线对间的串扰和一部分来自布线环境下的外部干扰。十字骨架或发泡隔离带有利于减少线对间的串扰,同时可以提高电缆的平衡特性,可以在安装的过程中电缆的平衡结构不遭到破坏。

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