Induttori con nucleo in ferrite
Geometrie del nucleo: Le geometrie dei nuclei possono essere personalizzate per soddisfare specifici requisiti magnetici e meccanici. Un induttore sintonizzabile ad alto Q richiede una forma del nucleo diversa da quella utilizzata nei trasformatori di uscita delle linee TV.
Per l'utilizzo come assorbitore di onde elettromagnetiche su piastrelle, sono state prodotte particelle di ferrite di nichel-zinco (Ni0,5Zn0,5Fe2O4) con il metodo tradizionale allo stato solido e fuse a 1100 e 1300 °C. Utilizzando metodi di caratterizzazione come la diffrazione dei raggi X, l'analisi termogravimetrica, la spettroscopia Raman, il microscopio elettronico, la magnetometria a campione vibrante e l'analizzatore di rete vettoriale, sono state esaminate le caratteristiche strutturali, magnetiche e di assorbimento delle microonde. I campioni presentavano un'elevata concentrazione magnetica di 87 emu/g e una bassa coercitività di 4 Oe dopo essere stati fusi a 1300 °C. Il diagramma di contorno 3D mostra chiaramente che gli studi elettromagnetici mostrano perdite di riflessione elevate, fino a 48,1 dB, a specifiche frequenze gigahertz alte e basse. Una perdita di riflessione di circa 36,1 dB al corrispondente spessore di 3,7 mm per la banda X è stata trovata quando la relazione tra perdita di riflessione, spessore e frequenza è stata regolata. Inoltre,
Con uno spessore minimo di 4,3 mm, la larghezza di banda operativa effettiva a 10 dB era fino a 7,1 GHz, che comprendeva completamente la banda C. L'incorporazione dei processi di perdita dielettrica e magnetica, in cui predomina la componente magnetica, avrebbe contribuito all'efficienza di assorbimento delle microonde della ferrite Ni-Zn ben sinterizzata.
Introduzione
Grazie alla sua convenienza, portabilità, semplicità e affidabilità, la comunicazione wireless - che trasferisce informazioni da un luogo all'altro senza l'uso di fili, cavi o altri supporti tangibili - è ampiamente utilizzata nei telefoni cellulari, nei dispositivi GPS, nei telecomandi e nel Wi-Fi.
1,2. Le connessioni wireless presentano tuttavia alcuni svantaggi, tra cui interferenze, rischi per la sicurezza e possibili problemi di salute3,4,5. Alti livelli di rumore possono derivare da disturbi delle onde elettromagnetiche (EM) provenienti da diversi dispositivi.
collegamenti realizzati in modo indesiderato, sia in senso positivo che negativo 6,7,8,9. Una tecnica auspicabile e utile per proteggere le apparecchiature elettroniche dalle interferenze elettromagnetiche e garantire un'eccellente compatibilità elettromagnetica (EMC) dei dispositivi funzionanti è la schermatura delle apparecchiature con assorbitori di microonde. 10,11. Elevate perdite dielettriche e magnetiche, stabilità chimica, costi contenuti e peso ridotto sono tutte caratteristiche auspicabili in una sostanza assorbente per la schermatura delle interferenze elettromagnetiche (EMI). 12,13.
Per ridurre la gamma di frequenze specifiche e diminuire l'interferenza causata dalle connessioni aeree18 , si potrebbero utilizzare come assorbitori di onde EM materiali come quelli dielettrici14, magnetici15 e a base di carbonio16,17 . Un altro problema difficile è che un materiale assorbente deve soddisfare il requisito di corrispondenza dell'impedenza (z=/1) per ricevere le onde EM incidenti con la minima riflettività. Questa capacità di attenuazione è legata alle perdite dielettriche e magnetiche.
La maggior parte dei materiali assorbenti ha un'alta permittività e una bassa permeabilità, ma le ferriti spineliche magnetiche hanno una permeabilità maggiore rispetto ad altri assorbitori, il che le rende migliori nell'adattamento dell'impedenza. Grazie alla perdita dielettrica/magnetica relativamente elevata, all'eccellente stabilità chimica e al basso costo26,27, le ferriti spinello (MFe2O4, M = Co, Ni, Mn, Zn, Fe, Cu) come materiali magnetici morbidi possono essere utilizzate per una varietà di applicazioni, tra cui dispositivi elettronici domestici e industriali19,20, biomedici21,22,23, catalizzatori24,25 e ulteriori schermature EMI come materiali assorbenti. Grazie alla sua maggiore resistività, all'elevata magnetizzazione di saturazione e all'alta permeabilità, la ferrite nichel-zinco presenta capacità di assorbimento delle onde EM superiori rispetto ad altre ferriti spinello28,29,30 . Il gruppo spaziale della struttura cristallina cubica della ferrite spinello Ni-Zn, in cui sono distribuiti i cationi, è Fd3m.
siti ottaedrici (B) e tetraedrici (A). Il raggio ionico, il campo cristallino, la disposizione degli elettroni e la polarizzazione ionica dei cationi giocano tutti un ruolo significativo nel riempimento dei siti (A) e [B]31,32 . Di conseguenza, a causa della stabilizzazione dell'energia cristallina, i cationi Zn2+ sono tipicamente favoriti ad abitare i siti (A), mentre i cationi Ni2+ dovrebbero occupare i siti ottaedrici [B]33,34. A causa della minima stabilizzazione dell'energia del campo cristallino, i cationi Fe3+ possono distribuirsi tra i siti (A) e [B]35. La maggiore differenza di momenti magnetici tra i siti (A) e [B], causata dal drogaggio di Zn2+36,37, spiega la maggiore magnetizzazione di saturazione (Ms) delle ferriti Ni0,5Zn0,5Fe2O4 rispetto a quella della ferrite NiFe2O4.
Al momento sono stati pubblicati anche lavori sulle caratteristiche elettromagnetiche della ferrite Ni-Zn negli intervalli di bassa frequenza38,39,40 .
La concentrazione magnetica della nanofibra paraffina/Ni-Zn è stata stimata da Huang et al.35 in circa 77 emu/g e la perdita di riflessione (RL) è stata stimata in circa 14,1 dB a 10,9 GHz. Aggarwal e Narang41 hanno esaminato le proprietà elettromagnetiche della ferrite nichel-zinco nell'intervallo 8,2-12,4 GHz e hanno ottenuto una perdita di riflessione minima di 17,5 dB con una lunghezza di banda di assorbimento effettiva di 3,1 GHz. Le caratteristiche di assorbimento a microonde della lega MWCNT/Ni-Zn sono state esaminate da Mustaffa et al.42, che hanno ottenuto un RL = 19,3 dB con uno spread di 1,24 GHz alla frequenza della banda X.
Le polveri di ferrite spinel sono state tipicamente prodotte allo stato solido43,44 o attraverso un processo chimico a umido45,46 e combinate con varie concentrazioni di un appropriato non conduttore.
La combinazione di composti può essere utilizzata come rivestimento quando il polimero conduttivo viene utilizzato come mezzo disperdente47,48. I composti polimero/ferrite hanno una scarsa resistenza come rivestimento fisso e sono inclini a rompersi in ambienti difficili49. Inoltre, è stato spesso affermato che l'aumento del contenuto di ferrite Ni-Zn potrebbe migliorare le prestazioni di assorbimento delle onde EM50,51; tuttavia, le difficoltà nel farlo, oltre all'inadeguatezza dei rivestimenti a base di polimeri49, hanno spinto il nostro team a studiare le caratteristiche di assorbimento delle microonde della ferrite Ni-Zn sinterizzata nell'ampio intervallo di frequenza 1-18 GHz per l'uso come assorbitore di piastrelle. Inoltre, Naidu52 ha dimostrato che la ferrite Ni-Mg in massa presenta caratteristiche di assorbimento a microonde superiori rispetto alle nanoferriti Ni-Mg. Nel presente studio sono stati creati cristalli di Ni0,5Zn0,5Fe2O4 in massa.
Le caratteristiche strutturali, microstrutturali, magnetiche e di assorbimento delle microonde in funzione della temperatura di sinterizzazione sono state studiate utilizzando la tecnica ceramica tradizionale.
tecnica sperimentale
Per creare le particelle di ferrite Ni-Zn è stata utilizzata la tecnica tradizionale allo stato solido. È stato utilizzato un mulino a sfere planetario (Sanat Ceram, Iran) per combinare particelle di Fe2O3, ZnO e NiO di grado analitico in quantità stechiometriche (1:0,5:0,5) in un mezzo di etanolo umido. Durante il processo di macinazione, durato 7 ore, è stato utilizzato un rapporto tra sfere e polvere (BPR) di 20, con una velocità di rotazione di 200 giri al minuto. La combinazione risultante è stata prima essiccata a 70 °C nel forno prima di essere calcinata a 900 °C in un'atmosfera di aria. Per separare i grandi agglomerati, le polveri calcinate sono state nuovamente polverizzate. La compressione uniassiale è stata utilizzata per spingere le particelle di ferrite NiZn calcinate in entrambi i casi sotto una pressione di 250 MPa; le particelle a forma di disco (d = 10 mm) e toroidale (din = 3 mm e dout = 7 mm) hanno dato buoni risultati. Le masse compresse sono state sinterizzate in aria per 2 ore a 1100 e 1300 °C. La Fig. 1 illustra un diagramma del processo di sintesi.
