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5G应用、开云在线开户/注册/备用/官网、可穿戴设备等终端应用材料特性

来源: 时间:2021-08-20 分类:行业资讯

据悉,今年展会将重点关注:医用塑料相关的创新科技;自动化生产技术;可远程控制的数字化生产技术;安全包装;防护材料;抗菌材料、健康材料在汽车、电子、包装等行业的应用;回收再生及可循环技术。

5G应用

高频特性、优散热、耐腐蚀材料受追捧

在过去一年里,无论是5G最终商用化落地,还是各类5G手机充斥市场,5G都成为整个科技行业的关键词之一。当5G时代来临,更多的目光也瞄准了5G网络所催生的新领域和新机遇,如5G手机、电脑、5G基站建设等等。对5G产品而言,应用材料是制约其发展的要素之一。

5G手机

提及5G商用化产品,首当其冲是5G手机,在过去一年里,如华为、中兴、小米等手机品牌纷纷发布5G手机。从以上手机品牌发布的新产品来看,我们不难发现市场对手机结构、形态等也提出新要求,如要求手机小型化、超薄化、全面屏等。而这些都需要新的工艺和材料支撑。

手机后壳材料

5G应用对设备材料提出了严苛的要求。比如过去几年还很流行的金属壳体手机,现在就遇上了问题——由于5G毫米波对金属极为敏感,因此使用金属外壳将会屏蔽信号。目前5G手机趋向使用的外壳材料有玻璃、陶瓷和复合板等非金属材料。

塑料复合材料凭着优越的性能,成为手机后盖的潮流选择。当中,最热门的要数PC/PMMA复合板材。这种材料是将PMMA和PC通过共挤制得,包括PMMA层和PC层。作为手机外壳来说,PMMA具有较高的硬度和耐磨性,所以可用于手机盖板的外层使用。但是由于性脆,所以复合PC作为内层,这样材料的整体韧性得以提高,保证了整体的冲击强度。

手机天线材料

作为无线通信的重要一环,天线技术革新亦是推动无线连接发展的关键动力。对于智能手机天线应用,随着手机外观设计的一体化和内部设计的集成化,手机天线已从早期的外置天线发展为内置天线,并且形成了以软板为主流工艺的市场格局。

目前应用较多的软板基材主要是聚酰亚胺(PI),但是由于PI基材的介电常数和损耗因子较大、吸潮性较大、可靠性较差,因此PI软板的高频传输损耗严重、结构特性较差,已经无法适应当前的高频高速趋势。5G频率上升带来的天线数量上升和集成化趋势已经逐渐显现,LCP(液晶聚合物)和MPI(改性聚酰亚胺)软板代替传统PI软板已成定局。

LCP是介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物,在熔融态时一般呈现液晶性,具备优异的耐热性能和成型加工性能。MPI是将传统PI进行加工和改性,将传统的PI不熔难以加工、粘接性能不理想、固化温度太高、合成工艺要求高等缺点在一定程度上进行修正。

LCP、MPI与传统PI相比,有明显的优势,相比传统PI,LCP损耗值为2‰-4‰,比PI损耗小10倍,在10GHz以下时,MPI性能与LCP接近,均大幅领先于PI,在高于10GHz时,LCP性能显著。基于5G发展的需求,LCP和MPI等更能适应高频环境的材料登场,替代PI的发展趋势已经确立。

5G设备导热散热材料

高频率、硬件零部件的升级以及联网设备和天线数量的成倍增长,设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在,电磁干扰和电磁辐射对电子设备的危害也日益严重。与此同时,伴随着电子产品的更新升级,设备的功耗不断增大,发热量也随之快速上升。

因此,电磁辐射和热也是未来高频率高功率电子产品要着力解决的一个问题。为此,电子产品在设计时会加入越来越多的电磁屏蔽及导热器件,电磁屏蔽和散热材料及器件的作用将愈发重要,未来需求也将持续增长。

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以导热石墨烯为例,5G手机有望在更多关键零部件部位采用定制化导热石墨烯方案,同时复合型和多层高导热膜由于具备更优的散热效果也将会被更多采用。

基站建设材料

在5G时代,对基站和有源天线等设备的需求将大幅增加。从5G建设需求来看,5G将会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式。历次基站的升级,都会带来一轮原有基站改造和新基站建设潮。5G基站的海量增长,将同步带动PCB(印刷电路板)、天线振子及天线罩等器件应用的大幅增长。

PCB材料

在5G基站中,PCB作为最基础的连接装置将被广泛使用。PCB产业界广泛应用的基板材料是玻纤布增强的环氧型基材FR-4(环氧树脂玻纤布覆铜板),该材料是由一层或者多层浸渍过环氧树脂的玻璃纤维布构成。玻璃纤维布和特殊树脂是PCB的重要原材料之一,玻璃纤维布作为增强材料,起着绝缘和增加强度的作用;特殊树脂作为填充材料,起着粘合和提升板材性能的作用。

在目前高速高频化的趋势下,较为主流的PCB材料包括聚四氟乙烯树脂(PTFE)、环氧树脂(EP)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)、热固性氰酸脂树脂(CE)、热固性聚苯醚树脂(PPE)和聚酰亚胺树脂(PI)等。对于基站PCB而言,最为重要的指标是介电特性、信号传输速度和耐热性,前两点上PTFE基板都具有较好的性能,基于此,可以说PTFE是5G时代基站PCB板的优选树脂材料。

天线罩材料

天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物。它在电气性能上具有良好的电磁波穿透特性,机械性能上能经受外部恶劣环境的作用。复合材料天线外罩能起到绝缘防腐、防雷、抗干扰、经久耐用等作用,而且透波效果非常好。

透波复合材料是由增强纤维和树脂基体构成的,两者的电性能好才能成型出电性能好的透波材料。树脂基体主要有传统的不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂(EP)、改性酚醛树脂(PF)以及近年来开始研究和应用的氰酸酯树脂(CE)、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)、聚酰亚胺(P1)、聚四氟乙烯(PTFE)等新型的耐高温树脂。增强体目前大多都采用玻璃纤维,而国内透波复合材料使用的增强材料主要是 E 玻璃纤维和 S 玻璃纤维,M 玻璃纤维使用量较少。Kevlar(芳纶)最初由美国杜邦公司发明,Spectra1000 在各种频率下均表现出优异的介电性能,且具有的低密度、高强度、高模量和高抗冲击性能,使其在高性能天线罩的制造中具有极大的吸引力。

天线振子材料

在4G时代,半波振子是最为普遍的天线产品运用方案,但为了满足5G时代的性能要求,新型的工艺——3D 选择性电镀塑料振子方案应运而生。这种工艺采用了内含有机金属复合物的改性塑料材料,用注塑成型的方式将复杂的 3D 立体形状进行一次性制造,再利用特殊技术使塑料表面金属化,因此具有小型化、轻型化、性能好等优点,有望成为 5G Massive MIMO(大规模天线技术,是5G通信中提高系统容量和频谱利用率的关键技术) 场景下的产品运用首选。

综上,对塑料行业来说,5G时代的到来无疑是种利好。当然,如何生产出性能符合5G产业建设需求的优质新材料,成为相关企业思考的重中之重。

可穿戴设备

舒适、安全无毒、柔性材料是重点

根据国际数据研究公司IDC的一份研究报告,2019年可穿戴设备市场全球出货量预估为2.229亿台,到2023年,耳戴式设备和手表出货量将占整体可穿戴出货量的70%以上。消费者对复杂小型设备的喜好增加及互联设备的日益普及,正在推动可穿戴材料市场的发展。可穿戴设备市场的不断发展,则进一步推动了各种可穿戴设备原材料的需求。

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在材料选择方面,由于应用于可穿戴设备的材料与人体肌肤直接接触,因此需要具备安全、透气、耐用、舒适、灵活度、柔软度和贴合度好等特性,高分子材料成为可穿戴设备的主要材料之一。应用于可穿戴设备的高分子材料包括硅胶、聚胺酯、弹性体TPE、TPU及各种胶黏剂等。

在可穿戴设备市场中,硅胶是最常用的材料之一。这是由于硅胶质地柔软亲肤透气,佩戴起来非常舒适通透。此外,硅胶作为热固性的一种弹性体,还具备安全无毒、无味的优点,且不溶于水和任何溶剂,能够持久耐用、防水、防汗,这让它很适合作为运动可穿戴设备的材料。比如三星在去年推出的Galaxy Watch Active智能手表,其表带就采用多色硅胶材料打造,质地非常轻巧,官方数据显示重量仅为25克,且佩戴在手上完全不会妨碍户外活动、运动及健身等。另外,由于硅胶具有生物相容性,因此还可用于各种皮肤护理应用,包括用于撕贴式的可穿戴皮肤应用,以及用于可穿戴医疗设备的生物医学级硅胶。

谈及医疗可穿戴设备,据数据显示,除了消费电子产品方面的可穿戴设备市场增长势头迅猛,医疗可穿戴设备的市场也持续增长和成熟。根据Markets and Markets的最新报告,预计到2027年,全球医用可穿戴设备市值将达到327.1亿美元,复合年增长率为18.3%。

各企业也将目光聚焦于医疗可穿戴设备市场的发展。比如此前3M推出一款全新应用于医疗设备的高端胶粘剂产品——3M?长戴型医用转移胶带4075,作为一款压敏性转移胶带,可长期穿戴,并可粘贴于多种表面,为此产品工程师能够选择使用各种类型的背衬材料。据悉,这种医用转移胶带对皮肤表层具有超强附着力,根据背衬材料的不同,最长粘附时间可达14天之久。

对可穿戴设备,尤其是医疗可穿戴设备而言,电池续航能力也是非常重要的一个指标。Nature此前报道了一种用来测量人类心率或血压的新型柔性自供电电子设备,完美解决了电量问题。通过在聚对二甲苯塑料超薄基板上结合纳米化图案的太阳能电池(OPV)和有机化学晶体管(OETs),可以实现光能量对电能的转化,且可以实现器件拉伸变形下仍保持高转换效率(900个拉伸释放周期下效率仅下降至初始值的75%左右)。

此外,数据存储也是可穿戴设备需考虑到的重要问题。在此方面,高分子材料也持续发力。比如,此前曾报道塑料柔性磁存储芯片问世。据悉,这种呈膜状的“智能塑料”芯片使用蚀刻表面种植有氧化镁的硅,再通过转印法在由PET制成的柔性塑料表面上植入磁性存储芯片以制成。不仅轻薄,且拥有良好的数据存储和处理能力。

另外,随着可穿戴柔性器件的研究与开发被广泛关注,柔性导电材料也成为研究重点。目前,柔性导电材料的设计思路主要有三类:第一类是通过结构设计,将传统金属材料设计为可拉伸结构(金属不具有柔性,在拉伸过程中易于发生断裂而失效);第二类是以导电聚合物作为柔性电极材料,常用的导电聚合物有聚3-己基噻吩(P3HT)、聚苯胺 fPANI)、聚吡咯(PPY)、聚3,4-乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)以及它们的衍生物;第三类是将导电纳米材料与柔性的基体材料通过一定方式结合来制备柔性导电材料。

将导电纳米材料与柔性基体材料复合具有方法简单、原材料灵活多样、易于集成等特点,是制备柔性导电材料的理想方法之一。在此方法中,导电纳米材料可选取碳纳米管或石墨烯等纳米碳材料,或金属纳米线、金属纳米颗粒等,其种类丰富,选择灵活;柔性基体材料可选取聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺以及聚氨酯等。

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