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手輸卡號pos機外料通道
打破國外技術(shù)壟斷 降低手機生產(chǎn)成本
磁基板給信號開(kāi)個(gè)“VIP通道”
坐公交、地鐵，無(wú)需公交卡，刷一下手機便可乘坐；逛商場(chǎng)、吃飯，手機就是銀行卡，結賬時(shí)無(wú)需點(diǎn)開(kāi)二維碼，在POS機上一刷便付款成功；不用再找數據線(xiàn)和插孔，手機放在桌上，便可以自動(dòng)充電……這樣智能化的生活場(chǎng)景得益于近場(chǎng)通信(NFC)中一種叫高磁導率磁性基板的材料。
“這種磁性材料，能夠擺脫電子干擾，使信號很好地傳輸和連接?！背啥茧娮涌萍即髮W(xué)微電子與固體電子學(xué)院鄧龍江教授告訴科技日報記者，長(cháng)期以來(lái)，這種材料一直被國外在關(guān)鍵技術(shù)和市場(chǎng)上壟斷。鄧龍江及其團隊經(jīng)過(guò)長(cháng)達10年的研究，在該領(lǐng)域殺出重圍，技術(shù)不僅達到國際領(lǐng)先水平，并成功實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，改變了國內NFC天線(xiàn)基板材料長(cháng)期依靠進(jìn)口的局面。
如今，該技術(shù)已在魅族、華為、索尼等國內外40余家知名企業(yè)，涵蓋智能手機、可穿戴設備等6大類(lèi)上百種電子產(chǎn)品中批量應用，目前，國內超過(guò)三分之一的手機品牌都在使用該磁性材料，而材料一天的生產(chǎn)量可以滿(mǎn)足約60萬(wàn)部手機的數量。未來(lái)，這種材料還有更廣泛的市場(chǎng)和應用前景，在支付系統、公交系統、門(mén)禁系統、無(wú)線(xiàn)充電等領(lǐng)域將會(huì )起到重要的支撐作用。
技術(shù)缺口讓制作手機花“冤枉錢(qián)”
“手機外殼內含有很多金屬元器件，所以就會(huì )有一個(gè)‘電磁渦流對消’的問(wèn)題，電磁波進(jìn)去之后，遇到金屬就會(huì )被吸收和反射，變得‘亂七八糟’，信號受到干擾或消失，便無(wú)法與外界進(jìn)行通暢地傳輸?！编圐埥f(shuō)。這種高磁導率磁性材料，起到的便是引導信號傳輸和連通的作用。
電子基板是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎，主要起到元器件支撐、散熱、絕緣及與外電路互連等作用，是電子產(chǎn)品“集成化、輕便化、多功能、低成本”的重要技術(shù)保障。高磁導率磁性基板作為近年來(lái)國際上發(fā)展的一類(lèi)新型電子基板材料，擁有磁導率高、厚度薄、阻抗匹配效果好、易于共形等特點(diǎn)，廣泛應用于近場(chǎng)通信、無(wú)線(xiàn)充電、抗電磁干擾等軍民領(lǐng)域，為電子設備進(jìn)一步“薄型化、小型化和集成化”以及可穿戴柔性電子技術(shù)的興起與迅速發(fā)展提供了技術(shù)支撐。
2008年左右，手機支付逐漸成為人們支付習慣的新寵，這種高磁導率磁性材料就是支撐其的關(guān)鍵技術(shù)，并逐漸發(fā)展為智能手機的標配。但掌握相關(guān)技術(shù)的，都是美國、韓國、日本的大型電子公司，與國外相比，我國在該材料領(lǐng)域存在缺乏系統集成能力、整體工藝水平落后、磁導率等關(guān)鍵技術(shù)指標低等問(wèn)題?！白铋_(kāi)始，中國由于沒(méi)有掌握相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，都是高價(jià)花冤枉錢(qián)從國外購買(mǎi)這種磁性材料?！编圐埥嬖V記者，當時(shí)1平方米的磁性材料就高達2000多元，極大地增加了制作一部手機的成本。
“這種磁性材料如果做厚，其實(shí)并不難?！编圐埥f(shuō)，“但手機就這么個(gè)小東西，這個(gè)材料只是手機里眾多元器件中小小的一個(gè)，而且現在手機越來(lái)越薄的趨勢，采取的制備工藝讓材料變薄成為必須，也是難點(diǎn)?！笨吹絿鴥仍谶@一行業(yè)遇到的技術(shù)瓶頸，2008年，鄧龍江帶領(lǐng)團隊走進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域。
修改配方讓電磁波只走專(zhuān)屬通道
在訪(fǎng)談室里，鄧龍江拿出實(shí)驗樣機給記者展示，在手機背面攝像頭附近，有一些天線(xiàn)，將天線(xiàn)撥開(kāi)，就是一塊拇指大小的磁性基板材料，周?chē)h(huán)繞著(zhù)大量的金屬?！盎宓暮穸戎挥蓄^發(fā)絲那么薄，大概30微米—50微米，未來(lái)其重量還會(huì )越來(lái)越輕?！编圐埥f(shuō)，這樣一塊磁性基板，可以保障手機在復雜環(huán)境下傳輸天線(xiàn)信號，相當于和外界互聯(lián)的傳感器。
“其實(shí)做磁性基板的這種材料之前是存在的，但參數不適合這個(gè)領(lǐng)域，所以得修改材料的配方?！编圐埥f(shuō)，團隊通過(guò)選取幾類(lèi)不同的材料，在一套理論框架下對配方進(jìn)行重新設計，反復對比實(shí)驗，最后發(fā)現這種材料在近場(chǎng)通信發(fā)揮作用的顯著(zhù)性更好。
團隊通過(guò)發(fā)明的高磁導率磁性基板材料體系及配方，做出的這樣一個(gè)又輕又薄的黑色陶瓷片，讓電磁波在手機與外界之間能夠“暢通無(wú)阻”的傳輸?！半姶挪ㄔ趥鬏敃r(shí)，只會(huì )走磁性基板那個(gè)通道，不會(huì )被各種金屬元器件干擾得‘亂七八糟’，就是因為這種材料對電磁波的損耗最小、阻抗最小，電磁波愿意在這個(gè)地方進(jìn)行互聯(lián)互通，不會(huì )在上面遭到反射?！编圐埥f(shuō)。
“根據不同的手機型號，可把磁性基板磨切成不同大小，然后在上面安裝電路和天線(xiàn)?！编圐埥硎?，有了這種材料，天線(xiàn)的尺寸可以做得很小，也能取得很好的效果。團隊通過(guò)建立磁性基板磁參數與天線(xiàn)性能之間的關(guān)聯(lián)，提出了高密度集成磁性基板集成應用的設計方法。
“天線(xiàn)相當于人的眼睛，當感知到外界存在能量后，就去耦合這個(gè)能量，進(jìn)行接收或發(fā)送，使之和電路疊合在一起?！编圐埥f(shuō)，如今，天線(xiàn)在這種磁性材料的支撐下，使得在滿(mǎn)是金屬的復雜環(huán)境下信號也能正常的互聯(lián)互通，而且傳輸速率還有明顯提升，讓手機、手腕帶等智能穿戴設備以及智能電視、智能冰箱的NFC功能進(jìn)一步發(fā)揮作用。
創(chuàng )新工藝讓材料“一舉多得”
走進(jìn)電子科技大學(xué)國家電磁輻射控制材料工程技術(shù)研究中心的燒結房?jì)?，記者看到，上萬(wàn)片名片大小的黑色磁性基板材料被整齊地疊放在工作臺上，等待著(zhù)高溫下的成型?！盁Y過(guò)程是非常講究的，燒多少層，每一層放多少材料，都對溫度的把控、荷載燒結負重有嚴格的要求，因為最后基板成型的結構都是靠溫度去掌控?！编圐埥f(shuō)，團隊經(jīng)過(guò)反復的實(shí)驗和計算，掌握了磁性基板高溫蠕變與荷載燒結、燒結溫度場(chǎng)與磁參數關(guān)聯(lián)的變化規律。
“這只是其中的一個(gè)環(huán)節，走到這個(gè)程度，前面至少經(jīng)過(guò)了5個(gè)工藝?！编圐埥f(shuō)，盡管只是塊小小的陶瓷片，其制備工藝卻并不簡(jiǎn)單，先后要經(jīng)過(guò)造板、造漿料、流延、剪裁、裝片、燒結等多個(gè)步驟。
在鄧龍江提供的實(shí)驗視頻中，記者看到，一片磁性基板被放在水里，很快便在水中溶解了?！斑@是國際上首次實(shí)現了磁性基板安全環(huán)保水性流延及二次回歸燒結的制備工藝?！编圐埥嬖V記者，以前國內外在這個(gè)領(lǐng)域，用的都是像酒精這樣的有機溶劑，因為材料在有機溶劑里能達到很好的氣溶性，但有機溶劑既不環(huán)保、也不安全，其不僅帶有一定的毒性，而且在一定溫度下有燃爆點(diǎn)，對材料之后的生產(chǎn)和應用造成較大的安全隱患。
“在選擇這個(gè)工藝的時(shí)候，起步的階段，我們就考慮到安全環(huán)保的問(wèn)題?！编圐埥硎?，要從有機體系改成無(wú)機體系，難度就在于把精度做高，流延性做好，并且適合于批量生產(chǎn)。團隊在關(guān)鍵工藝參數的控制上做了大量工作，發(fā)明了PVA與PEG融合的漿料配方體系、水系流延專(zhuān)用流延盒及排氣設備。
鄧龍江說(shuō)：“這種全相溶水性體系流延法工藝，其使用的水基漿料成本低，設備維護方便，邊料也容易回收，實(shí)現了這種磁性基板材料安全、環(huán)保、高效、低成本生產(chǎn)?！蹦壳?，團隊從材料的配方到工藝實(shí)現了自主創(chuàng )新，形成自主知識產(chǎn)權，不僅在材料性能的參數上比國外提供的指標有明顯進(jìn)展，而且成本上實(shí)現的數量級下降，將1平方米材料2000多元的昂貴價(jià)格，降低到只需200多元，讓國外公司很快沒(méi)有了市場(chǎng)，逐漸退出這個(gè)領(lǐng)域。鄧龍江說(shuō)：“現在這個(gè)領(lǐng)域基本都是中國人在做，以前我們是跟跑，今天我們已經(jīng)處于領(lǐng)先地位?！?/p>
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