日本東北大學與TOKIN公司共同開發了一項可因應5G (SHF頻段)之新型高性能電磁波吸收材料，相較於目前已知的電磁波吸收材料或市售5G用雜訊抑制片材，電磁波吸收能力提高1.5～2倍，傳輸衰減率則為2倍。此次開發的材料是一款採用了一般鑄造合金磁石所使用之鐵-鉻-鈷(Fe-Cr-Co)合金的新型高性能電磁波吸收材料。屬於永磁材料的Fe-Cr-Co合金在稀土磁石開發之前與鋁鎳鈷系(Fe-Al-Ni-Co)磁石一樣被廣泛使用。
Fe-Cr-Co系合金的結構藉由旋節分解(Spinodal Decomposition)的相變(兩相分離轉變)，在非鐵磁性相之Cr-rich (α2)基材相(Matrix Phase)中，鐵磁性相的Fe-Co-rich(α1)相呈現50-100 nm尺寸均一出現的組織型態(兩相分離結構)。此次開發的技術即活用了Fe-Cr-Co系合金可以進行塑性加工與扁平化的特徵。在原料方面，使用了平均粒徑約20 μm的市售Fe-Cr-Co氣霧化粉末(試樣As)。將粉末進行多階段時效處理(試樣C)，並就部分試樣進行連續冷卻處理(試樣D)。接著將As、C、D試樣予以球磨加工，製作出扁平狀粉末「As-BM」、「C-BM」、「D-BM」。
研究團隊將取得的粉末高填充至環氧樹脂中，製作出樹脂複合體，並測量了高頻磁特性與電磁波吸收特性。經確認，在使用新開發Fe-Cr-Co系合金扁平粉末的樹脂複合體中，Fe-Cr-Co合金粉末呈現扁平化且形成高填充化之樹脂複合體。此外，從微細組織觀察可知，透過球磨加工，除了Fe-Cr-Co粉末的形狀之外，旋節分解的α1相亦呈現扁平化。此外，進行複數相對磁導率的頻率依賴性調查後，發現扁平化粉末表現出比球狀粉末更高的磁導率，並且磁導率隨著填充率的增加而進一步提升。其中尤以「C-BM」試樣在決定電磁波吸收特性的µrʺ值方面，於3.4 GHz時獲得了6.9的高數值。
將市售材料、5G用雜訊抑制片材與使用Fe-Cr-Co系合金扁平狀粉末之樹脂複合體進行電磁波吸收效果比較後，發現Fe-Cr-Co系合金材料在6 GHz附近與SHF波段(3 GHz～30 GHz)表現出較高的電磁波吸收效果。
研究團隊進一步以使用了新開發合金之球磨粉末製成的樹脂複合材料製作了電子迴路基板，並進行電磁干擾抑制效果的調查。結果顯示，與市售的5G雜訊抑制片材、羰基鐵粉(CIP)、扁平狀鐵矽鋁(Fe-Si-Al)粉末的樹脂複合材料相比，C-BM與D-BM試樣在10 GHz～30 GHz的高頻率範圍內表現出優異的傳輸衰減率，故可判斷其具有較高的電磁波吸收能力。由此可確認Fe-Cr-C系合金在SHF波段(3 GHz～30 GHz)將可望成為優異的電磁波吸收材料。
資料來源：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv_press20230301_web01_5g.pdf