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——記科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)成果聚合物基透波與防護(hù)材料關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)人們還在為選擇用哪一款手機(jī)信號(hào)而焦慮時(shí)，他們已經(jīng)解決了移動(dòng)通信基站天線(xiàn)的暢通和防護(hù)問(wèn)題。由南京工業(yè)大學(xué)與中電熊貓南京華格電汽塑業(yè)有限公司共同完成的“面向高頻微波通信的聚合物基透波與防護(hù)材料關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”成果，因其在保護(hù)基站天線(xiàn)信號(hào)的低損耗、長(zhǎng)期穩(wěn)定傳輸方面的卓越表現(xiàn)而榮獲中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

從模仿到首創(chuàng)

護(hù)航智能手機(jī)超級(jí)大國(guó)

西班牙移動(dòng)世界大會(huì)組織者GSM協(xié)會(huì)的一份報(bào)告顯示，到2025年，中國(guó)將以14.6億智能手機(jī)連接率先占據(jù)領(lǐng)先地位，成為全球最大的智能手機(jī)超級(jí)大國(guó)。

隨著4G移動(dòng)通訊的普及與5G時(shí)代的到來(lái)，承擔(dān)信號(hào)中繼的基站天線(xiàn)射頻器件主要通過(guò)提高微波頻率實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量信號(hào)傳輸?；咎炀€(xiàn)外罩作為天線(xiàn)系統(tǒng)的一層“外衣”，對(duì)保護(hù)基站天線(xiàn)不受外部惡劣環(huán)境影響發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而，隨著微波頻率提高，信號(hào)繞行能力變差，射頻微波經(jīng)過(guò)基站天線(xiàn)外罩等介質(zhì)時(shí)損耗急劇增加，基站天線(xiàn)防護(hù)材料的高頻透波性和復(fù)雜環(huán)境下信號(hào)長(zhǎng)期穩(wěn)定性是行業(yè)面臨的世界級(jí)難題。

為解決這一難題，南京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合中電熊貓南京華格電汽塑業(yè)有限公司，緊跟國(guó)際前沿需求，經(jīng)過(guò)近20年持續(xù)研發(fā)與創(chuàng)新，攻克了基站射頻天線(xiàn)外罩材料的高頻透波與多重防護(hù)等關(guān)鍵核心技術(shù)，取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性成果，包括高耐熱環(huán)境友好型聚氯乙烯、耐候性?xún)?yōu)異高透波低介電損耗丙烯腈—苯乙烯—丙烯酸酯三元共聚物(ASA)、極低介電常數(shù)耐候聚丙烯、寬截面薄壁纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料等適用于不同場(chǎng)合下的基站射頻天線(xiàn)透波與防護(hù)材料。

“起初，我們是模仿美國(guó)吉安公司聚氯乙烯特種專(zhuān)用料，現(xiàn)在我們的技術(shù)已經(jīng)打破了國(guó)外壟斷，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)材料的完全國(guó)產(chǎn)化，達(dá)到了基站天線(xiàn)信號(hào)的低損耗、長(zhǎng)期穩(wěn)定傳輸，產(chǎn)品預(yù)計(jì)服役壽命達(dá)15年?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人、南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張軍教授介紹，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的具有極低介電常數(shù)的耐候聚丙烯已完全滿(mǎn)足5G高頻波段使用要求，經(jīng)鑒定為國(guó)際首創(chuàng)。

既“穿透”又“防護(hù)”

高頻透波與多重防護(hù)兼顧

為解決天線(xiàn)外罩帶來(lái)的微波損耗問(wèn)題，張軍團(tuán)隊(duì)在研究中提出了引入中空結(jié)構(gòu)或α晶型小球晶可有效降低材料介電常數(shù)的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)在A(yíng)SA中引入高比表面積中空玻璃微球、多孔結(jié)構(gòu)納米SiO2，形成有機(jī)—無(wú)機(jī)相界面降低材料的介電常數(shù)，發(fā)明了基于相界面調(diào)控的高頻透波技術(shù)。

“由于單斜晶系的α晶型小球晶有利于微波穿透，可以降低聚丙烯的介電常數(shù)，我們便通過(guò)引入新型有機(jī)鹽成核劑進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控獲得α晶型的小球晶，使介電常數(shù)顯著下降?！睆堒娊榻B，該團(tuán)隊(duì)最終創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了基于相界面和晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控的高頻透波技術(shù)。

在高紫外光輻射、極寒極熱、強(qiáng)風(fēng)暴、地震等復(fù)雜環(huán)境下，基站天線(xiàn)外罩還經(jīng)常會(huì)面臨材料易老化降解和失效的問(wèn)題。張軍團(tuán)隊(duì)針對(duì)聚合物主鏈中雙鍵易斷裂引發(fā)材料降解的難題，開(kāi)發(fā)了基于主鏈飽和的核—?dú)そY(jié)構(gòu)ASA合成新技術(shù);針對(duì)聚合物鏈中叔氫原子易光熱降解的問(wèn)題，發(fā)明了基于抗氧劑、紫外光屏蔽劑、紫外光吸收劑、受阻胺光穩(wěn)定劑等功能助劑協(xié)同穩(wěn)定防護(hù)技術(shù)，創(chuàng)造性地解決了聚丙烯易老化降解的難題，經(jīng)過(guò)2000小時(shí)人工加速老化后，仍可滿(mǎn)足微波信號(hào)的高效穩(wěn)定傳輸。他們還針對(duì)材料表面灰塵富集和冬季雨水易凍結(jié)的難題，發(fā)明了表面自組裝氟化改性的自潔和防覆冰技術(shù)，表面水接觸角達(dá)160°，結(jié)冰溫度降至-19℃。

項(xiàng)目研發(fā)的系列產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，可在赤道、沙漠、嚴(yán)寒、高紫外光輻射、強(qiáng)風(fēng)暴、地震等極端環(huán)境下使用，同時(shí)滿(mǎn)足世界最高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)——?dú)W盟RoHS指令和REACH法規(guī)的要求。

從前沿到落地

產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)效益最大化

據(jù)張軍介紹，項(xiàng)目共獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利13件，公開(kāi)發(fā)明專(zhuān)利2件，通過(guò)成果鑒定4項(xiàng)，制定相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，發(fā)表SCI論文20余篇。相關(guān)成果在中電熊貓南京華格電汽塑業(yè)有限公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并建成全球較大規(guī)模的高端射頻天線(xiàn)核心零部件生產(chǎn)基地。利用高頻透波和多重防護(hù)技術(shù)，他們發(fā)明的聚合物基透波與防護(hù)材料已規(guī)模化應(yīng)用于高端射頻天線(xiàn)，近3年銷(xiāo)售收入6.7億元。

項(xiàng)目生產(chǎn)的基站天線(xiàn)外罩包括大尺寸薄壁天線(xiàn)外罩、雙腔薄壁天線(xiàn)外罩和U型截面天線(xiàn)外罩等多種規(guī)格，目前已在美國(guó)康普、德國(guó)安弗施等公司應(yīng)用于組裝高端射頻基站天線(xiàn)，并供給華為、愛(ài)立信等國(guó)際知名通信公司，應(yīng)用于全球4G微波通訊領(lǐng)域和低頻5G試商用。

2019年12月20日《中國(guó)化工報(bào)》第二版：http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2019-12-20/page_2B/news_f3e0a301936badbadb85d627090aa59a.html

《中化新網(wǎng)》：http://www.ccin.com.cn/detail/23047fdc290b1689b1637f5b0638bb8a/news