使用磁性納米顆粒複合物的電磁波傳輸線的製作方法

2023-06-13 02:36:21

專利名稱：使用磁性納米顆粒複合物的電磁波傳輸線的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及傳輸線，包括波導，用於引導高頻電磁波。特別是，本公開內容涉 及適合用於引導射頻和微波頻率電磁波的複合材料介質。另外，本公開內容涉及用於形成 包含複合材料的傳輸線和波導的方法。
背景技術：
傳輸線是形成用於引導電磁波或聲波的傳輸的整個路徑或其一部分的材料介質 或結構。用於傳輸高頻電磁波的典型傳輸線包括同軸電纜、微波傳輸帶、帶狀線，等等。同軸 電纜將電磁波限制在電纜內中心導體與屏蔽體之間的區域。電纜內的介電材料是用于波能 傳輸的介質。微波傳輸帶包括導電帶，其通過被稱為基底的介電層從接地平面上分離。帶 狀線是由介電材料所圍繞並且夾在兩個平行接地平面之間的導體條帶。高頻電磁波在傳輸 線內傳播。傳輸線的一個重要因子是其特徵阻抗，其由傳輸線的結構和物理尺寸，以及介電 材料的物理特性，比如電阻率、電感率和電導率等確定。特別是對於微波傳輸帶和帶狀線而 言，條帶的寬度、介電材料的厚度以及介電材料的相對磁導率確定了特徵阻抗。連接具有不同阻抗水平的不同類型的組件或傳輸線需要變換器。在高頻電路設計 中，常使用傳輸線變換器和其他分布式組件。對於單級四分之一波長變換器，變換器阻抗為 第一組件(比如負載)與第二組件(比如源)之間的阻抗的幾何平均值ZT = (ZL*ZS) "0. 5多級變換器可以通過串行地堆疊單級四分之一波長變換器而形成。每個變換器分 段具有中間阻抗。在多級變換器中，任何兩個變換器分段之間的阻抗失配都比組件與單級 變換器之間的阻抗失配小。均質介電材料對於某一電磁波頻率的特徵阻抗可以通過本領域中已知的常規方 法來確定。在複合材料中，即在由兩種或多種具有顯著不同的物理或化學特性並且在完成 的結構內於宏觀層面上保持分離和獨立的組成材料所製成的工程材料中，整體特徵阻抗取 決於單個組成材料或成分的貢獻。例如，如果複合物包含均質基質和超微細納米級顆粒，那 麼複合物的特徵阻抗可能會受到所添加的顆粒的影響。含有納米級顆粒的複合材料在本領域中是已知的，並且其具有許多的應用。美國 專利號4，158，862公開了用於產生永久性磁記錄的方法。該方法包括以下步驟(a)在支 座(基底)上塗敷含有在聚合物溶液中的鐵磁性顆粒的可聚合磁性墨；(b)在墨仍然為液 體時，將磁性墨置於磁場之中，以將包含於墨中的磁性顆粒定向於預定方向之中；以及(c) 通過輻照，選擇性地聚合磁性墨塗層的與將具有在步驟(b)中所施加的磁性定向的所記錄 消息的部分相對應的某些區域。其結果是，固化的塗層含有排齊在由外部磁場所確定的方 向中的磁性顆粒。美國專利號3，791，864描述了裝飾圖案的製造，其通過以下操作來實現熔化包 含磁性顆粒的表面，施加磁場來產生圖案，並且在隨後允許該表面冷卻，從而保留所述圖案。
美國專利號6，777，706公開了包括有光波導的光學設備。光波導包含有機半導體 材料，其包括透光納米顆粒的基本上均勻的分散。納米顆粒的存在影響到有機層的折射率。 有機材料為聚合物材料。納米顆粒可以是金屬材料。美國專利號7，072，565還公開了由納米顆粒複合材料製成的光波導。在光學器件中所使用的技術可以類似地應用在射頻(RF)和/或微波電路中的傳 輸線、傳輸線變換器等的簡化設計和製造中。潛在地，甚高頻電路設計可以基於這些介電磁 性波導的原理。

發明內容
本公開內容的一個目的是教導預定阻抗的傳輸線的製造。這可以通過使用雷射加 熱和外部磁場來局部地改變磁性納米顆粒複合物的磁性分布而得以實現。根據第一方面，提供一種方法。該方法包括，在包含有分散於基質中的顆粒的複合 物上施加外部磁場，並且在複合物的選定區域中，通過液化並於隨後固化選定區域上的基 質，而將顆粒以其易取向軸(easy axe)進行定向。在方法中，顆粒可以是最長尺度小於lOOnm的微晶顆粒。所述微晶顆粒可以是順 磁性微晶顆粒。所述順磁性微晶顆粒可以是最長尺度小於20nm的超順磁性微晶顆粒。所 述超順磁性微晶顆粒可以是下列中之一的微晶顆粒鐵、鈷、鎳、含鐵合金、鐵氧化物。在方法中，基質可以是聚合材料，而複合物是通過在顆粒的表面上塗敷表面活化 劑，將基質溶解在溶劑中，將顆粒與基質溶液混合，並且蒸發溶劑以形成預定形狀而形成 的。聚合材料可以是熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者高彈性塑料。備選地，在方法中，基質可以是熱塑性聚合物，而複合物是通過在顆粒的表面上塗 敷表面活化劑，熔化基質，將顆粒混入熔化的基質中，並且將熔化的基質鑄造為預定的形狀 而形成的。在方法中，基質的液化可以包括使用雷射束來加熱選定區域，以使液化作用在所 述區域中發生。方法還可以包括，通過在沒有外部磁場的情況下，在複合物的選定區域處液化並 於隨後固化基質，而對該選定區域中定向的顆粒進行隨機化。根據第二方面，提供一種包含有分散於基質中的顆粒的複合物。在複合物上施加 外部磁場的同時，通過在複合物的選定區域液化並於隨後固化基質，所述顆粒在該選定區 域中以其易趨向軸進行定向。在複合物中，顆粒可以是最長尺度小於lOOnm的微晶顆粒。所述微晶顆粒可以是 順磁性微晶顆粒。所述順磁性微晶顆粒可以是最長尺度小於20nm的超順磁性微晶顆粒。所 述超順磁性微晶顆粒可以是下列中之一的微晶顆粒鐵、鈷、鎳、含鐵合金、鐵氧化物。在複合物中，基質可以是聚合材料，而複合物通過下列操作形成在顆粒的表面上 塗敷表面活化劑，將基質溶解在溶劑中，將顆粒與基質溶液混合，並且蒸發溶劑以形成預定 形狀。聚合材料可以是熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者高彈性塑料。備選地，在複合物中，基質可以是熱塑性聚合物，而複合物通過以下操作形成在 顆粒的表面上塗敷表面活化劑，熔化基質，將顆粒混入熔化的基質中，並且將熔化的基質鑄 造為預定的形狀。
在複合物中，基質的液化可以包括使用雷射束來加熱選定區域，以使液化作用在 該區域中發生。根據第三方面，提供一種用於傳導射頻和微波頻率電磁波的傳輸線組件。傳輸線 組件包含電介質。電介質是包含有分散於基質中的顆粒的複合物。在傳輸線組件中，在複合物上施加外部磁場的同時，通過在組合物的選定區域處 液化和並於隨後固化基質，顆粒可以該選定區域中以其易趨向軸進行定向。在傳輸線組件中，在複合物上施加外部磁場的同時，藉助於通過在該組合物的選 定區域處液化然後固化基質而將顆粒在該選定區域中以其易趨向軸進行定向，可以局部地 調節電介質的特徵阻抗。在傳輸線組件中，顆粒可以是最長尺度小於lOOnm的微晶顆粒。所述微晶顆粒可 以是順磁性微晶顆粒。所述順磁性微晶顆粒可以是最長尺度小於20nm的的超順磁性微晶 顆粒。所述超順磁性微晶顆粒可以是下列中之一的微晶顆粒鐵、鈷、鎳、含鐵合金、鐵氧化 物。在傳輸線組件中，基質可以是聚合材料，而複合物通過以下操作來形成在顆粒的 表面上塗敷表面活化劑，將基質溶解在溶劑中，將顆粒與基質溶液混合，並且蒸發溶劑以形 成預定形狀。聚合材料可以是熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者高彈性塑料。備選地，在傳輸線組件中，基質可以是熱塑性聚合物，而複合物是通過以下操作來 形成在顆粒的表面上塗敷表面活化劑，熔化基質，將顆粒混入熔化的基質中，並且將熔化 的基質鑄造為預定的形狀。在傳輸線組件中，基質的液化可以包括使用雷射束來加熱選定區域，以使液化作 用在所述區域中發生。傳輸線組件可以是傳輸線變換器，其具有由顆粒在所述選定區域中的定向所確定 的特徵阻抗。傳輸線組件可以是波導，其具有由顆粒在所述選定區域中的定向所確定的磁導率。在傳輸線組件中，基質可以是導電性聚合材料，而選定區域可以是在其中顆粒被 定向於預定方向的延伸區域。在傳輸線組件中，基質可以是非導電性聚合材料，選定區域可以是在其中顆粒被 定向於預定方向的延伸區域，而複合物被安置於第一導電板和第二導電板之間。


通過考慮結合附圖而呈現的隨後詳細描述，本發明的以上和其他目的、特徵和優 點將變得明晰，在附圖中圖1 (a)是由表面活化劑層所包圍的磁性納米微晶的示意圖；圖1(b)是包含有分散於基質中的磁性納米顆粒的磁性納米顆粒複合物的示意 圖；圖2是根據本公開內容的、用於對磁性納米複合物中的納米顆粒的易趨向軸進行 排齊的範例處理工藝的示意圖；圖3 (a)示意性地示出在圖2的處理工藝之後的磁性納米顆粒複合物微觀結構；
圖3(b)示意性地示出傳輸線，其中中心條帶為複合物中排齊的磁性納米顆粒；圖4(a)示出這樣形成的磁性納米顆粒複合物，其具有磁導率P ；圖4(b)示出在排齊納米顆粒後的同一複合物，其具有不同的磁導率P，；圖5(a)示出具有階梯式寬度的常規多分段傳輸線變換器，以及磁導率P的變 化；圖5(b)示出具有平滑變化的寬度和磁導率P的波導；以及圖5(c)示出根據本公開內容的多分段傳輸線變換器，其具有固定的寬度和變化 的磁導率P值。
具體實施例方式在這一申請中，上文所定義的、具有分布於固態基質中的納米級顆粒(至少有一 個尺度小於lOOnm的小顆粒，包括納米粉、納米糰、納米晶體，等等)的複合材料被稱為納米 顆粒複合物。如果納米顆粒由磁性材料製成，那麼複合物被稱為磁性納米顆粒複合物。其 教導基於的思路是，可以通過使用外力，比如雷射加熱與外部磁場的組合，而對適當地構建 的磁性納米顆粒複合物的某些磁特性進行局部地微調。在某些基質材料中，修改可以永久 性地保持，從而使得複合物具有針對特定應用定製的空間磁特性分布。本文的一個目的是教導通過使用適當構建的磁性納米顆粒複合物來製造預定阻 抗和電氣長度的傳輸線。雖然所示的實施方式主要適用於傳輸線(包括波導)的設計和構 建以用於RF和/或微波能量傳輸，但同樣的原理可適用於其它合適的應用，並且本文中的 教導也廣泛地適用於這些其它的應用。磁性納米顆粒複合物是通過將納米尺寸的微晶顆粒均勻地分散於基質材料之中 而形成的。基質材料可以是絕緣材料或者導電材料。聚合材料對於作為基質使用而言是有 利的。傳統的聚合物是絕緣材料，但聚合物可以是導電的，並且其對於所示的特定實施方式 的目的而言也是有利的。基本上任何聚合物(熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者甚至高彈 性塑料)都可以作為基質使用。具有良好的介電特性的熱塑性聚合物的範例包括聚乙烯、 聚苯乙烯、間規聚苯乙烯、聚丙烯、環烯烴共聚物或者含氟聚合物。熱固性聚合物的範例包 括環氧樹脂、聚醯亞胺，等等。適合於實施方式的磁性納米微晶顆粒(或者簡稱為納米顆粒)是順磁性的。在這 樣的實施方式中，順磁性納米顆粒在製備複合物所需的溫度範圍內不應顯示出鐵磁特性。 因此，在複合物的製備過程中，這些納米顆粒不發生聚集或者相互排齊，並且其很容易分散 在基質材料中。順磁性納米顆粒例如可以是在幾乎所有的溫度上都為順磁性的超順磁性納米顆 粒，或者可以是具有相對較低的居裡溫度(即，居裡點低於環境溫度)的順磁性納米顆粒。超順磁性在材料由非常小的微晶(小於20nm，優選地在1-lOnm)構成時出現。即 使在溫度低於居裡溫度或奈耳溫度時，熱能也足以改變整個微晶的磁化方向。由此產生的 在磁化方向中的波動導致整體磁場為零。因此材料具有類似於順磁性的行為方式，區別在 於，不是每個單獨的原子都獨立地受到外部磁場的影響，而是整個微晶的磁矩趨向於同磁 場對齊。改變微晶的磁化方向所需的能量被稱為晶態各向異性能量，並且其既取決於材料特性又取決於微晶尺寸。隨著微晶尺寸的縮小，晶態各向異性能量同時也會減小，造成在其 處材料變為超順磁性的溫度的降低。典型的超順磁性納米顆粒包括像Fe、Co和Ni之類的金屬、像FePt之類的合金、像 Fe304之類的氧化物，等等。如圖1(a)中所示，對於該實施方式，超順磁性納米微晶12被塗 敷表面活化劑層14，用以形成塗敷的納米顆粒10。如圖1(b)中所示，塗敷了表面活化劑的 納米顆粒10如上所述地被均勻地分散在聚合物基質32中，以形成磁性納米顆粒複合物30。 納米顆粒在聚合物基質中的分散可以通過各種本領域中已知的常規方法來執行。例如，復 合物可以使用溶液混合或者熔態混合技術製成。對於熱固性聚合物而言，溶液方法是合適 的。熱固性聚合物溶解在溶劑中並且與納米顆粒相混合。複合物薄膜通過鑄造或者旋塗， 以及由加熱或紫外光進行的傳統固化處理而得以形成。對於熱塑性聚合物而言，溶液混合 也適合於生產複合物。與低黏度溶劑的混合使得納米顆粒在聚合物中具有良好的分散性。 膜可以通過鑄造或者旋塗(溶劑被蒸發掉)而得以形成。薄膜也可以使用朗繆爾-布洛節 塔(Langmuir-Blodgett)技術或者逐層沉積而直接從溶液中製得。備選地，由於納米顆粒上塗敷有表面活化劑，其可以與熔態熱塑性聚合物很好地 混合。可以使用標準的熔態混合技術(例如具有混合元件的雙螺杆擠壓機或單螺杆擠壓 機)和塑料加工方法(擠壓法、注射模塑法或壓縮模塑法)。這一方法對於大批量生產可能 更為有利。隨著複合材料的凝固(對於熱塑性聚合物而言，這意味著冷卻至其玻璃態轉變溫 度以下；或者對於熱固性聚合物而言，這意味著固化)，聚合物基質變得堅硬而磁性納米顆 粒則被綁定到基質，不能夠移動或旋轉(見圖1(b))。儘管複合物優選地以比如薄膜之類的平板形狀成形，但根據本文中的教導，也可 以考慮其他幾何形狀。除上述用於形成平板形狀的複合物的方法以外，本領域中的技術人 員也可以考慮其他的形成方法。納米顆粒在基質中的重量或體積比例不受限制，並且其應當根據具體應用所確 定，以產生期望的磁導率值。例如，從百分之幾直到表面活化劑層和聚合物為保持顆粒的分 離所能允許的顆粒緊密堆積之間的任何情況都可以考慮。合適的納米微晶顆粒的特徵可以在於，每個納米顆粒具有所謂的「易趨向軸」(如 圖1(a)中所示)。易趨向軸是磁性材料中的自發磁化在能量上有利的方向。易趨向軸取決 於各種因素，包括磁晶各向異性和形狀各向異性。沿著易趨向軸的兩個相反的方向通常是 等效的，而實際的磁化方向可以是它們中的任何一個。在這樣形成的複合物中，納米顆粒的易趨向軸的定向是隨機的並且納米顆粒被基 質所約束。因此，複合物的淨磁化為零。根據本文中的教導，形成的複合物被進一步處理 以允許根據預定圖案對磁鐵納米顆粒進行局部排齊(所述處理工藝在下文中稱為「圖案 化」)。其結果是，圖案內的納米顆粒基本上被排齊在其易趨向軸中，而圖案外的納米顆粒仍 保持隨機的定向。一種用於在複合物中形成排齊的磁性納米顆粒圖案的方法是，沿著預定圖案，使 用精細聚焦的雷射束或者其他合適的熱源，進行局部加熱。熱源的選擇取決於圖案的形狀 並且可以採取許多不同的形式。因此，應當理解，還存在其他方式用以提供「圖案化」，並且 所示的技術僅僅是示範性的。圖2示出一個範例，其中雷射束40沿著複合物30上的線路移動，而雷射所擊中的點具有高於周圍區域的溫度。在複合物被雷射束局部加熱的同時還 施加了外部磁場B。沿著雷射束移動的線路，聚合物基質材料被局部地軟化或者液化。超過 一定溫度，在軟化區域中的納米顆粒10就能夠來回移動和/或旋轉。施加在複合物上的外 部磁場影響顆粒的旋轉方向，從而使其易趨向軸基本上相對於磁場B排齊。排齊的結果是， 平均的顆粒間距離可以減小並且納米顆粒甚至可以變得幾乎沿線路彼此相連。加熱雷射束可被精確調節，使得聚合物基質被局部地液化，足以允許納米顆粒的 旋轉。通常，對於非晶態熱塑性聚合物和熱固性聚合物而言，將聚合物基質加熱至略高於其 玻璃態轉變溫度就已足夠。然而，對於一些高結晶性熱塑性聚合物而言，可能需要進行局部 熔化。甚至更加精確地，雷射束或備選熱源能夠以這樣的方式可控地應用使得只有包圍納 米顆粒的表面活化劑層被液化，從而只允許納米顆粒的旋轉而不是線性移動。基質材料在移除熱源之後會迅速冷卻。在基質再次完全地凝固之前一直施加有外 部磁場。其結果是，磁性納米顆粒複合物現在具有圖像化的微觀結構。根據設計，圖案可以 包含幾條平行的或者在不同角度中的線路。圖案能夠以幾個步驟製成，在其中外部磁場的 方向與雷射加熱線路被仔細地匹配，以確保納米顆粒被定向於期望的方向之中。定向的方向取決於特定應用。例如，如果電磁波的傳播模態為橫向電磁波模態 (TEM)，那麼納米顆粒應當以其易趨向軸定向，使得電流平行於線路而磁場垂直於該線路， 因而將納米顆粒的易趨向軸定向為與線路垂直將會具有比其他方向更多的效果。圖案化磁性納米顆粒組件可用於製造用以引導RF或微波頻率電磁波的傳輸線組 件。在電磁學中，磁導率是對所施加的磁場線性地做出響應的材料的磁化程度。磁導 率以希臘字母P表示。基本上，複合物的磁導率取決於複合物中的顆粒的密度、顆粒的定 向，以及材料的選擇。從以上可以看出，複合物在某一位置上的磁導率取決於磁性納米顆粒 在該位置上的淨易趨向軸。在非圖案化位置上，淨磁化為零。在圖案化位置上，納米顆粒的 淨軸不再是隨機的並且淨磁化不為零。因此，在圖案化位置上的磁導率與非圖案化的位置 上的是不相同的。通過對納米顆粒定向的微調，磁導率中的局部改變得以實現。使磁性納米顆粒複合物局部地圖案化產生了期望的磁導率空間分布。圖案化磁性 納米顆粒複合物可以用作電介質，用於電磁能量的傳輸或者比如傳輸線或波導之類的分布 式元件的RF特性的局部調節。圖3中示出了根據本公開內容的帶狀線的示意圖。圖3(a)示出根據上述在複合 物中產生一條排齊的納米顆粒線的處理工藝而製備出的一塊磁性納米顆粒複合物。圖3(b) 示出條狀線，在其中圖3(a)的磁性納米顆粒複合物(作為電介質使用)被夾在兩個導電板 之間。納米顆粒的排齊的線起到帶狀線內的中心導體的作用。如果聚合物基質是導電性的(包括任何具有固有導電性的聚合物)，則不需要導 電板。磁性納米顆粒複合物以類似於以上所述的方式被圖案化，而帶狀線可以完全使用復 合材料製成。現在參考圖4，這樣形成的磁性納米顆粒複合物板(a)具有由材料的選擇和納米 顆粒的密度所確定的磁導率P。這樣的複合物板受到根據本公開內容的處理工藝的處理， 並且，其結果是，納米顆粒根據處理工藝條件在某些或者所有位置中被部分地或完全地定 向。因而，在處理後，複合物的磁導率變為P』(b)。因此，即使複合物的尺寸保持不變，複合物的磁特性是不相同的。這一特徵可以用來簡化傳輸線組件的設計。通過局部地定製波導介質的電磁環境(磁導率)，可以形成電磁能量的導管(即， 波導)。因而無需任何額外的電纜來對電磁波進行引導。在波導中這樣產生的約束可以通 過圓波導的TMm模態截止頻率進行估算F = cX2. 4/r(其中c為光速，r為波導的半徑)這表明波導需要具有在三倍于波長的範圍內的尺寸。就尺寸而言，本發明在波長 為從0. 3到0. 1mm(頻率為l_3THz)的THz頻率範圍內是非常有用的。如本文中的教導所建議的對材料特性的微調可用於改變微波傳輸帶或其他傳輸 線的阻抗水平。局部的、可調的磁特性變化等效於對微波傳送帶的寬度的改變，並因此允許 將於下文示例說明的具有變化的和可變的微波傳輸帶阻抗的同尺寸「接線」。磁導率中的梯 度將導致電磁波的反射並且因而將會產生像在其他傳輸線中那樣的波導。如果納米顆粒的 淨易趨向軸被部分地排齊並且該排齊的程度和/或定向在各位置間逐漸地改變，那麼複合 材料可以用作變換器，因為電磁波特性將取決於環境的磁導率。對磁特性非常局部性的調節允許傳輸線組件的製造，在該傳輸線組件中，對導體 的環境的材料特性進行調節而不是對導體的寬度做出改變。這產生了在其中只對材料特性 而不是對接線結構做出改變的設計領域。這在其中例如有50ohm的輸入端與低得多的阻抗 在甚高頻上匹配的電路中可能是非常有益的。這還允許帶狀線組件的尺寸(寬度)與在微 波頻率上使用的非常小的組件管芯的尺寸具有同一量級。圖5(a)示出具有三個不同寬度的常規多分段變換器。每個分段具有由電介質的 寬度所確定的磁導率值，而每個分段因而具有特徵阻抗。圖5(b)是具有平滑變化的寬度的 常規波導，該寬度對應於平滑變化的磁導率。圖5(c)是根據本文中的教導的多分段變換 器。通過局部地調節納米顆粒的定向，複合物的不同分段具有不同的磁導率值i^、42和
，這相當於具有三個不同的特徵阻抗值。具有與圖5(b)相類似的磁特性但卻具有固定 寬度的波導也可以由本發明的複合物和處理工藝製成。根據所述實施方式，局部微觀結構的變化在正常工作條件下被永久性地保存。通 過進一步的處理工藝，可以逆轉所述變化。為了逆轉所述變化，例如重新隨機化顆粒的定 向，在不施加外部磁場的情況下只需將複合物置於液化溫度即可。總而言之，本公開內容展示了以下優點以及其他優點(1)傳輸電路可不以細導線、電纜或條帶製成。其可以只包括板和複合材料。如果 複合物的基質是導電性的(例如，由導電聚合物製成)，那麼電路可以只使用複合物製成。 例如，在印刷線路板中，板可以被由磁性納米顆粒複合材料製成的薄片所取代，而一些或所 有之前所需的額外接線都可以被省略掉。(2)接線的物理寬度可以保持相同，只有在下面(或內部)的材料特性發生了變 化。這在其中需要對高頻組件和傳輸線的物理尺寸進行匹配的甚高頻、低阻抗電路中可能 是有益的。(3)電路的材料特性的調節產生出在不使用可調組件的情況下對電路進行調節的 可逆方式，並且因而支持用於電路設計的非常快的設計_測試_調節_再測試周期。應當理解，上述布置只是本文中的教導的原理的應用的示例說明。特別是，應當理解，雖然展示了傳輸線實施方式，但本文中的教導不局限於傳輸線。本公開內容通過參考具 體範例而被公開。本領域中的技術人員能夠在不背離本文中的教導的範圍的情況下設計出 許多修改和備選布置。
權利要求
1.一種方法，其包括在包含有分散於基質中的顆粒的複合物上施加外部磁場；以及 通過在所述複合物的選定區域中液化並於隨後固化所述基質，而在所述選定區域中將 顆粒以其易趨向軸進行定向。
2.權利要求1的方法，其中所述顆粒是最長尺度小於IOOnm的微晶顆粒。
3.權利要求2的方法，其中所述微晶顆粒是順磁性微晶顆粒。
4.權利要求3的方法，其中所述順磁性微晶顆粒是最長尺度小於20nm的超順磁性微晶 顆粒。
5.權利要求4的方法，其中所述超順磁性微晶顆粒可以是下列中之一的微晶顆粒鐵、 鈷、鎳、含鐵合金、鐵氧化物。
6.權利要求1的方法，其中所述基質是聚合材料，並且其中所述複合物通過以下方式 形成在所述顆粒的表面上塗敷表面活性劑， 將所述基質溶解在溶劑中， 將所述顆粒與所述基質溶液進行混合，以及 蒸發所述溶劑以形成預定形狀。
7.權利要求6的方法，其中所述聚合材料是熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者高彈性塑料。
8.權利要求1的方法，其中所述基質是熱塑性聚合物，並且其中所述複合物通過以下 方式形成在所述顆粒的表面上塗敷表面活化劑， 熔化所述基質，將所述顆粒混入熔化的基質中，以及 將熔化的基質鑄造為預定的形狀。
9.權利要求1的方法，其中所述基質的液化包括使用雷射束來加熱所述選定區域，以 使得液化作用在所述區域中發生。
10.權利要求1的方法，其還包括在不存在外部磁場的情況下，通過在所述複合物的選定區域中液化並於隨後固化所述 基質，而在所述選定區域中隨機化定向的顆粒。
11.一種包含有分散於基質中的顆粒的複合物，其中在所述複合物上施加外部磁場的 同時，通過在所述複合物的選定區域中液化並於隨後固化所述基質，而在所述選定區域中 將所述顆粒以其易趨向軸進行定向。
12.權利要求11的複合物，其中所述顆粒是最長尺度小於IOOnm的微晶顆粒。
13.權利要求12的複合物，其中所述微晶顆粒是順磁性微晶顆粒。
14.權利要求13的複合物，其中所述順磁性微晶顆粒是最長尺度小於20nm的超順磁性 微晶顆粒。
15.權利要求14的複合物，其中所述超順磁性微晶顆粒是下列中之一的微晶顆粒鐵、 鈷、鎳、含鐵合金、鐵氧化物。
16.權利要求11的複合物，其中所述基質是聚合材料，並且其中所述複合物通過以下方式形成在所述顆粒的表面上塗敷表面活化劑， 將基質溶解在溶劑中， 將所述顆粒與所述基質溶液進行混合，以及 蒸發所述溶劑以形成預定形狀。
17.權利要求16的複合物，其中所述聚合材料是熱塑性聚合物、熱固性聚合物或者高 彈性塑料。
18.權利要求11的複合物，其中所述基質是熱塑性聚合物，並且其中所述複合物通過 以下方式形成在所述顆粒的表面上塗敷表面活化劑， 熔化所述基質，將所述顆粒混入熔化的基質中，以及 將熔化的基質鑄造為預定的形狀。
19.權利要求11的複合物，其中所述基質的液化包括使用雷射束來加熱所述選定區 域，以使得液化作用在所述區域中發生。
20.一種用於傳導射頻和微波頻率電磁波的傳輸線組件，其包含電介質，其中所述電介 質是包含有分散於基質中的顆粒的複合物。
21.權利要求20的傳輸線組件，其中在所述複合物上施加外部磁場的同時，通過在所 述複合物的選定區域中液化並於隨後固化所述基質，而在所述選定區域中將所述顆粒以其 易趨向軸進行定向。
22.權利要求20的傳輸線組件，其中在所述複合物上施加外部磁場的同時，通過在所 述複合物的選定區域中液化並於隨後固化所述基質，電介質的特徵阻抗通過在所述選定區 域中對所述顆粒以其易趨向軸進行定向而被局部地調節。
23.權利要求20的傳輸線組件，其中所述顆粒是最長尺度小於IOOnm的微晶顆粒。
24.權利要求23的傳輸線組件，其中所述微晶顆粒是順磁性微晶顆粒。
25.權利要求24的傳輸線組件，其中所述順磁性微晶顆粒是最長尺度小於20nm的超順 磁性微晶顆粒。
26.權利要求25的傳輸線組件，其中所述超順磁性微晶顆粒是下列中之一的微晶顆 粒鐵、鈷、鎳、含鐵合金、鐵氧化物。
27.權利要求20的傳輸線組件，其中所述基質是聚合材料，並且其中所述複合物通過 以下方式形成在所述顆粒的表面上塗敷表面活化劑， 將所述基質溶解在溶劑中， 將所述顆粒與所述基質溶液進行混合，以及 蒸發所述溶劑以形成預定形狀。
28.權利要求27的傳輸線組件，其中所述聚合材料是熱塑性聚合物、熱固性聚合物或 者高彈性塑料。
29.權利要求11的複合物，其中所述基質是熱塑性聚合物，並且其中所述複合物通過 以下方式形成在所述顆粒的表面上塗敷表面活化劑，熔化所述基質，將所述顆粒混入熔化的基質中，以及將熔化的基質鑄造為預定的形狀。
30.權利要求20的傳輸線組件，其中所述基質的液化包括使用雷射束來加熱所述選定 區域，以使得液化作用在所述區域中發生。
31.權利要求20的傳輸線組件，其中所述傳輸線組件是傳輸線變換器，其具有由所述 顆粒在所述選定區域中的定向所確定的特徵阻抗。
32.權利要求20的傳輸線組件，其中所述傳輸線是波導，其具有由所述顆粒在所述選 定區域中的定向所確定的磁導率。
33.權利要求20的傳輸線組件，其中所述基質是導電性聚合材料，並且其中所述選定 區域是在其中顆粒在預定方向中定向的延伸區域。
34.權利要求20的傳輸線組件，其中所述基質是非導電性聚合材料，其中所述選定區 域是在其中顆粒在預定方向中定向的延伸區域，並且其中所述複合物被安置在第一導電板 與第二導電板之間。
全文摘要
本公開內容涉及一種在包含有分散於基質中的顆粒的複合物的選定區域中將顆粒以其易趨向軸進行定向的方法。所述方法包括在所述複合物上施加外部磁場的同時，液化並於隨後固化所述選定區域中的所述基質。所述複合物可用於傳輸線組件，用以引導高頻電磁波。所述顆粒優選地為超順磁性納米微晶顆粒，而基質優選地為聚合材料。
文檔編號H01P3/16GK102007639SQ200980113341
公開日2011年4月6日 申請日期2009年1月15日 優先權日2008年3月3日
發明者E·塞帕拉, M·厄諾, M·奧克薩南, R·勒蒂涅米 申請人:諾基亞公司