導(dǎo)語：這幾年越來越多的智能手機開始配備無線充電功能，有些用戶對這個功能應(yīng)該不陌生。無線充電算是這幾年逐漸流行起來的一項新技術(shù)，相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)線充電有不少便利性。有人會問：無線充電為什么不需要數(shù)據(jù)線？它的充電原理是怎樣的呢？

本產(chǎn)品BN SHEET是國內(nèi)首創(chuàng)自主研發(fā)的高質(zhì)量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當(dāng)前我國電子封裝及熱管理領(lǐng)域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進的熱管理TIM解決方案及相關(guān)材料生產(chǎn)技術(shù)，是國內(nèi)低維材料技術(shù)領(lǐng)域頂尖的創(chuàng)新型高科技產(chǎn)品。

什么是無線充電?

一

定義

無線充電原理是通過近場感應(yīng)，由無線充電設(shè)備將能量傳導(dǎo)到充電終端設(shè)備，終端設(shè)備再將接收到的能量轉(zhuǎn)化為電能存儲在設(shè)備的電池中。能量的傳導(dǎo)采用的原理是電感耦合，可以保證無外露的導(dǎo)電接口，不僅可以省去設(shè)備間雜亂的傳輸線，對于諸如電動牙刷等經(jīng)常與液體等導(dǎo)電介質(zhì)接觸的電子設(shè)備都更加安全。無線充電技術(shù)應(yīng)用了電磁波感應(yīng)原理，及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送和接收端用相應(yīng)的線圈來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號來進行充電的的一項技術(shù)， 用戶只需要將充電設(shè)備放在一個“平板”上即可進行充電，這樣的充電方式過去曾經(jīng)出現(xiàn)在手表和剃須刀上，但是當(dāng)時無法針對大容量鋰離子電池進行有效充電。手機無線充電電路原理圖如下圖所示：

最初由英國一家公司發(fā)明了一種新型無線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標(biāo)墊，這個“鼠標(biāo)墊”里裝有密集的小型線圈陣列，因此可產(chǎn)生磁場，將能量傳輸給裝有專用接收線圈的電子設(shè)備，從而進行充電。接收線圈由磁性合金繞以電線制成，大小和形狀都與口香糖相似，所以可以很方便地貼在電子設(shè)備上。將手機等放在墊上就能充電，并能同時給多個設(shè)備充電。充電技術(shù)此前已經(jīng)出現(xiàn)，但這項新發(fā)明更為方便實用。手機等設(shè)備只要貼上接收線圈，放置在“鼠標(biāo)墊”上的任一位置都可充電，不像以前的一些技術(shù)那樣需要精確定位。幾個設(shè)備同時放在墊子上，可以同時進行充電。充電器產(chǎn)生的磁場很弱，能夠給設(shè)備充電但不會影響附近的信用卡、錄像帶等利用磁性記錄數(shù)據(jù)的物品。

無線充電系統(tǒng)主要采用電磁感應(yīng)原理，通過線圈進行能量耦合實現(xiàn)能量的傳遞。如圖所示，系統(tǒng)工作時輸入端將交流市電經(jīng)全橋整流電路變換成直流電，或用24V直流電端直接為系統(tǒng)供電。經(jīng)過電源管理模塊后輸出的直流電通過2M有源晶振逆變轉(zhuǎn)換成高頻交流電供給初級繞組。通過2個電感線圈耦合能量，次級線圈輸出的電流經(jīng)接受轉(zhuǎn)換電路變化成直流電為電池充電。變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場，變化的電場會產(chǎn)生變化的磁場，其大小均與它們的變化率有關(guān)系，而正弦函數(shù)的變化率是另外一個正弦函數(shù)，所以電磁波能夠傳播出去，而感應(yīng)電壓的產(chǎn)生與磁通量的變化相關(guān)，所以線圈內(nèi)部變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而完成充電過程。

手機無線充是比較新穎的充電方式，其原理其實很簡單，就是將普通的變壓器主次級分開來達到無線的目的。當(dāng)然，無線充的工作頻率比較高，甚至可以拋棄鐵心直接線圈之間就可以達到能量傳遞的作用。

二

無線充電的主要形式

目前無線充電主要有以下三種形式：

1.電磁感應(yīng)式無線充電

2.磁場共振式無線充電

3.無線電波式無線充電

無線充電原理——電磁感應(yīng)式無線充電

電磁感應(yīng)無線充電是應(yīng)用最多的無線充電解決方案，高中物理課本就有提及的通過初級線圈一定頻率的交流電，再利用電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一

定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端。目前最為常見的充電墊解決方案就采用了電磁感應(yīng)。

無線充電原理——磁場共振式無線充電

磁場共振式無線充電由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的

能量，是目前正在研究的一種技術(shù)。由麻省理工學(xué)院(MIT)物理教授Marin Soljacic帶領(lǐng)的研究團隊利用該技術(shù)點亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，并將其取名

為WiTricity。該實驗中使用的線圈直徑達到50cm，還無法實現(xiàn)商用化，如果要縮小線圈尺寸，接收功率自然也會下降。

無線充電原理——無線電波式無線充電

這是發(fā)展較為成熟的技術(shù)，類似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。此種方式只需一個安裝在墻身插頭的發(fā)送器，以及可以安裝在任何低電壓產(chǎn)品的“蚊型”接收器。

三

無線充電的主要特點

1、從理論來說，無線充電技術(shù)對人體安全無害處，無線充電使用的共振原理是磁場共振，只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸，而其他裝置無法接受波段，另外，無線充電技術(shù)使用的磁場本身就是對人體無害的。但無線充電技術(shù)畢竟是新型的充電技術(shù)，以邁源科的無線充電器來說，很多人都會擔(dān)憂無線充電技術(shù)會像當(dāng)初Wi-Fi和手機天線桿剛出現(xiàn)一樣，其實技術(shù)本身是無害的。

2、無線充電技術(shù)利用電磁爐原理在充電器與手機之間利用磁能轉(zhuǎn)化為電能，線圈和電容器則在充電時產(chǎn)生轉(zhuǎn)化作用。

3、這一系統(tǒng)可以在未來得到廣泛應(yīng)用，例如針對電動汽車的充電區(qū)以及針對電腦芯片的電量傳輸。采用這項技術(shù)研制的充電系統(tǒng)所需要

的充電時間只有當(dāng)前的一百五十分之一。

4、轉(zhuǎn)化率一直是很多人擔(dān)心的問題，麻省理工學(xué)院通過研究表明，無線充電技術(shù)的損耗比起有線充電技術(shù)來說更高。邁源表示：無線充電高轉(zhuǎn)化，也是無線充電器得以在全球進行應(yīng)用的關(guān)鍵因素。但無線充電技術(shù)也受到距離的限制，未來發(fā)展，必然需要解決遠距離傳送對于波段和磁場范圍的精準(zhǔn)定

位問題。

5、共振控制核心芯片是無線充電技術(shù)共振原理控制中心。精準(zhǔn)輻射范圍控制，磁場頻率大小，其它控制等都是由芯片實現(xiàn)。

EMC-吸波材料

定義

所謂吸波材料(Absorbing material)，指能吸收或者大幅減弱其表面接收到的電磁波能量，從而減少電磁波的干擾的一類材料。

在工程應(yīng)用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)對電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

EMC包括兩個方面的要求：

(1) 一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值（EMI）；

(2) 另一方面是指器具對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性(EMS)。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對環(huán)境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫(yī)院、移動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。

電磁輻射通過熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)、累積效應(yīng)對人體造成直接和間接的傷害。研究證實，鐵氧體吸波材料性能最佳，它具有吸收頻段高、吸收率高、匹配厚度薄等特點。將這種材料應(yīng)用于電子設(shè)備中可吸收泄露的電磁輻射，能達到消除電磁干擾的目的。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中從低磁導(dǎo)向高磁導(dǎo)方向傳播的規(guī)律，利用高磁導(dǎo)率鐵氧體引導(dǎo)電磁波，通過共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過耦合把電磁波的能量轉(zhuǎn)變成熱能。

吸波材料在設(shè)計時，要考慮兩個問題，1）、電磁波遭遇吸波材料表面時，盡可能完全穿過表面，減少反射；2）、在電磁波進入到吸波材料內(nèi)部時，要使電磁波的能量盡量損耗掉。

按吸波材料的損耗機制分類：

1、電阻型損耗，此類吸收機制和材料的導(dǎo)電率有關(guān)的電阻性損耗，即導(dǎo)電率越大，載流子引起的宏觀電流（包括電場變化引起的電流以及磁場變化引起的渦流）越大，從而有利于電磁能轉(zhuǎn)化成為熱能。

2、電介質(zhì)損耗，它是一類和電極有關(guān)的介質(zhì)損耗吸收機制，即通過介質(zhì)反復(fù)極化產(chǎn)生的“摩擦”作用將電磁能轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉。電介質(zhì)極化過程包括：電子云位移極化，極性介質(zhì)電矩轉(zhuǎn)向極化，電鐵體電疇轉(zhuǎn)向極化以及壁位移等。

3、磁損耗，此類吸收機制是一類和鐵磁性介質(zhì)的動態(tài)磁化過程有關(guān)的磁損耗，此類損耗可以細化為：磁滯損耗，旋磁渦流、阻尼損耗以及磁后效效應(yīng)等，其主要來源是和磁滯機制相似的磁疇轉(zhuǎn)向、磁疇壁位移以及磁疇自然共振等。此外，最新的納米材料微波損耗機制是如今吸波材料分析的一大熱點。

按吸波材料的元素分類：

1、碳系吸波材料，如：石墨烯、石墨、炭黑、碳纖維、碳納米管；

2、鐵系吸波材料，如：鐵氧體，磁性鐵納米材料；

3、陶瓷系吸波材料，如：碳化硅；

4、其他類型材料，如：導(dǎo)電聚合物、手性材料、等離子材料^。

在日益重要的隱身和電磁兼容（EMC）技術(shù)中，電磁波吸收材料的作用和地位十分突出，已成為現(xiàn)代軍事中電子對抗的法寶和“秘密武器”，其工程應(yīng)用主要在以下幾個方面。

隱身技術(shù)

在飛機、導(dǎo)彈、坦克、艦艇、倉庫等各種武器裝備和軍事設(shè)施上面涂復(fù)吸收材料，就可以吸收偵察電波、衰減反射信號，從而突破敵方雷達的防區(qū)，這是反雷達偵察的一種有力手段，減少武器系統(tǒng)遭受紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈和激光武器襲擊的一種方法。

改善整機電磁兼容性能

飛機機身對電磁波反射產(chǎn)生的假信號，可能導(dǎo)致高靈敏機載雷達假截獲或假跟蹤；一駕飛機或一艘艦船上的幾部雷達同時工作時，雷達收發(fā)天線間的串?dāng)_有時十分嚴(yán)重，機上或艦上自帶的干擾機也會干擾自帶的雷達或通信設(shè)備……。為減少諸如此類的干擾，國外常用吸收材料優(yōu)良的磁屏蔽來提高雷達或通信設(shè)備的性能。如在雷達或通信設(shè)備機身、天線和周圍一切干擾物上涂復(fù)吸收材料，則可使它們更靈敏、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)；在雷達拋物線天線開口的四周壁上涂復(fù)吸收材料，可減少副瓣對主瓣的干擾和增大發(fā)射天線的作用距離，對接收天線則起到降低假目標(biāo)反射的干擾作用；在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應(yīng)用吸收材料，將避免通信線路間的干擾，改善星載通信機和地面站的靈敏度，從而提高通信質(zhì)量。

RFID天線抗金屬隔離應(yīng)用

此應(yīng)用主要是利用一類高磁道率，低損耗型吸波材料的高磁道率特性；使用時，將吸波片插入13.56MHz回形天線和金屬基板之間, 增加感生磁場通過吸波材料本身，減少通過金屬板的幾率，從而減少感生渦流在金屬板中產(chǎn)生，進而減少感生磁場的損耗，同時，因為吸波片的插入，實測的寄生電容也會減少，頻率偏移減少，與讀卡器的共振頻率相一致，從而改善讀卡距離，當(dāng)然改善程度取決于吸波材料特性的優(yōu)良程度.

安全保護

由于高功率雷達、通信機、微波加熱等設(shè)備的應(yīng)用，防止電磁輻射或泄漏、保護操作人員的身體健康是一個全新而復(fù)雜的課題，吸收材料就可達到這一目的。另外，如今的家用電器普遍存在電磁輻射問題，通過合理使用吸收材料及其元器件也可有效地加以抑制。

微波暗室

由吸收體裝飾的壁面構(gòu)成的空間稱為微波暗室。在暗室內(nèi)可形成等效無反射的自由空間（無噪音區(qū)），從四周反射回來的電磁波要比直射電磁能量小得多，并可忽略不計。微波暗室主要用于雷達或通信天線、導(dǎo)彈、飛機、飛船、衛(wèi)星等特性阻抗和耦合度的測量、宇航員用背肩式天線方向圖的測量以及宇宙飛船的安裝、測試和調(diào)整等，這既可消除外界雜波干擾和提高測量精度與效率（室內(nèi)可全天候工作），還可保守秘密。

軟磁吸波材料在電子設(shè)備產(chǎn)品的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對環(huán)境的影響日益增大。在機場、機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫(yī)院、移動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。為了治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，因此而產(chǎn)生。

所謂吸波材料，指能吸收或者大幅減弱其表面接收到的電磁波能量，從而減少電磁波的干擾的一類材料。在工程應(yīng)用上，除要求吸波材料在較寬頻帶內(nèi)對電磁波具有高的吸收率外，還要求它具有質(zhì)量輕、耐溫、耐濕、抗腐蝕等性能。

吸波材料是一種軟磁，既可以吸收投射到其表面的電磁能量又可以隔絕電磁場免受金屬干擾。在工程應(yīng)用中除了要求有較高電磁性能，還需要具有重量輕柔韌好和易于模切的物理性能。吸波材料是設(shè)計工程師有效降低 EMI 的一種方法。對于不同干擾源，在考慮安裝尺寸 和空間位置后選擇最佳吸收材料，以確保系統(tǒng)的屏蔽效果 。

全頻段5G智能手機傳輸速率、頻率、信號強度等性能參數(shù)的顯著提升，從核心芯片到射頻器件、從機身材質(zhì)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，零部件都將將迎來手機的新變革，對電磁屏蔽、導(dǎo)熱都提出了更高要求。

智能手機、平板電腦等電子設(shè)備的小型、薄型、多功能化的發(fā)展，電路基板中也將封裝為數(shù)眾多的電子元件，使其不斷高密度化，因此抑制從IC或電纜中輻射出的噪音變得愈發(fā)重要。這類輻射噪音很難在設(shè)計階段進行預(yù)測，因此很多情況下在制造階段采取對策。

EMI 吸波材料是由軟磁合金粉末填充進有機高分子材料中復(fù)合而成，軟磁金粉末由于具有數(shù) 子材料中復(fù)合而成，軟磁金粉末由于具有復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，賦予其吸引磁力線和消耗電磁波的能力，因而使其具有磁場屏蔽（吸引磁力線而隔絕磁場）和吸收電磁波的作用。而有機高分子材料則維持其基本的物理性能。

使用吸波材料，可以：

1）作為移動設(shè)備（筆記本電腦，數(shù)碼照相機，游戲機，手機等）用柔性電纜的噪音對策；降低各種電子設(shè)備的輻射噪音（CPU、GPU、DDR、LCM、USB、MCU等產(chǎn)生的噪音）；

2）降低手機對人體的電磁波輻射（SAR），亦可防止筐體內(nèi)的內(nèi)部干擾，并抑制從機殼向外發(fā)出的輻射噪音；

3）屏蔽框內(nèi)的EMI（共振，串?dāng)_）對策，可降低一塊基板產(chǎn)生的輻射噪音給另外一塊基板所造成的影響；

4）改善NFC、RFID、Bluetooth、Zigbee、GPS、Wi-Fi、4G LTE、3G、5G、NB-IoT等天線接收靈敏度；
5）提高無線充電能量傳輸效率，規(guī)劃指引磁力傳輸路徑，減少漏磁通。

什么是5G?

一

定義

“5G”一詞通常用于指代第5代移動網(wǎng)絡(luò)。5G是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G有助于建立一個新的、更強大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機器。

公認的5G優(yōu)勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G網(wǎng)絡(luò)利用在26GHz 至40GHz范圍內(nèi)運行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。

5G部署最初可能會以增強型移動寬帶應(yīng)用為中心，滿足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強型移動寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗，超越現(xiàn)有移動寬帶應(yīng)用所支持的水平。

二

毫米波是關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來無線移動通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的軍用、民用特殊應(yīng)用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計面臨重大挑戰(zhàn)，開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢：毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。

毫米波的缺點：毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會采用小基站的方式來加強傳統(tǒng)的蜂窩塔。

什么是絕緣高導(dǎo)熱透波膜材?

六方氮化硼（h-BN）這種二維結(jié)構(gòu)材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個原子厚度。但兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導(dǎo)體。與石墨烯不同的是，h-BN的導(dǎo)熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術(shù)層面上講，一個聲子即是一組原子中的一個準(zhǔn)粒子）。有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個方向上沿著傳導(dǎo)平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網(wǎng)相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網(wǎng)狀層面，互相重疊，構(gòu)成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。

基于二維氮化硼納米片的復(fù)合薄膜，此散熱膜具有透電磁波、高導(dǎo)熱、高柔性、高絕緣、低介電系數(shù)、低介電損耗等優(yōu)異特性，是5G射頻芯片、毫米波天線領(lǐng)域最為有效的散熱材料之一。

• 高導(dǎo)熱透波絕緣氮化硼膜材主要應(yīng)用