[发明专利]一种透明超宽带电磁屏蔽器件

说明书

本发明提供了一种透明超宽带电磁屏蔽器件，该器件由设置于透明衬底外表面的透明导电层，以及夹层于多层透明衬底之间的间隔屏蔽层组成。由于对称设置于衬底外表面的两层透明导电层对微波电磁波都具有强反射性，它们之间可形成一个微波法布里–珀罗(FP)干涉腔。而夹层于多层透明衬底之间的单层或多层间隔屏蔽层可将外表面透明导电层构成的微波法布里–珀罗干涉腔平均分成多个腔体。一方面，可以起到扩展共振周期，增加屏蔽带宽的作用；另一方面，微波电磁波在多个法布里–珀罗干涉腔中多重反射，实现了最大程度的衰减。

技术领域

本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种透明超宽带强电磁屏蔽器件及其制备方法。

背景技术

随着电磁环境的复杂性日益增加，电磁干扰成为了工业、商业、科学及军事等领域的所面临的一个严重问题。对更快的信号传输速度，更大的数据量的需求都要求通信网络在更高和更宽的频率下工作，例如新兴的5G无线通信。常规的金属材料和新兴的石墨烯或MXene复合材料是电磁干扰屏蔽的理想选择，但它们通常是不透明的，这限制了其在光电学领域的应用。尽管研究者们已对透明电磁屏蔽材料进行了广泛研究，但仍难以同时实现高可见光透射率、强电磁屏蔽效果、更高的工作频率和更宽的有效屏蔽带宽这一目标。

透明导电氧化物如氧化铟锡等，具有优良的透光性能，但其屏蔽性能不佳。如专利CN108728817A所述的氧化铟锡/蓝宝石结构，其电磁波屏蔽性能在 1～18GHz频率范围内仅为12dB，不能满足大部分应用的需求。碳材料如石墨烯、碳纳米管等，可用于制备透明导电器件，也具有一定的微波吸收性能，在电磁波屏蔽领域有广泛的应用。但碳材料也会吸收大部分可见光，所以碳材料也难以同时满足高透光和强电磁屏蔽的需求。金属纳米线可以实现90％左右的可见光透过率，但在满足高透过的同时纳米线之间过于稀疏，使得对电磁波的屏蔽效率较低。

另外，使用紫外光刻或纳米压印等技术制备的金属网格结构在保持相对较高的可见光透过率的同时，还能拥有很低的表面方阻，能很好地平衡可见光透过率和屏蔽效能的关系。但这种金属网格结构也有一个很明显的缺陷，其屏蔽性能会随电磁波频率的增加而快速降低。在刘艳花团队发表在Opt. Express(2019，27卷17期，24194页)中报道的超薄镍网格结构，当电磁波频率从8.2GHz增加到12.4GHz时，网格屏蔽效能逐渐从41dB减少到38dB。所以单独的金属网格结构不适用于超宽带的电磁防护。

相比而言，基于超薄金属层的透明电磁防护材料能在保持高透明的同时拥有较好的电磁波屏蔽性能，而且其屏蔽效率不会随电磁波频率的增加发生明显的下降。西班牙巴塞罗那光子科学研究所(ICFO)的Valerio Pruneri等人报道的AZO/Ag/TiO₂/石英玻璃的透明导电膜结构(Nat.Commun.，2016，7卷， 13771页)，可见光透过率高达91.6％，在1～18GHz频率范围内平均屏蔽效能约为27.7dB。但这种单金属层屏蔽结构的屏蔽性能仍较低，不能满足目前复杂电磁环境的使用需求。

总的说来，以上单一体系或结构都很难同时满足高透明和超宽带强电磁屏蔽的需求。为了更好的平衡透光性与屏蔽性能之间的关系，需要对电磁屏蔽器件进行结构设计优化。以下文献报道了一些复合结构在电磁屏蔽中的应用。

1.专利CN105603373A“一种提高屏蔽玻璃GHz频段电磁屏蔽效能的方法”通过在导电丝网上沉积Ag/AZO复合薄膜，在保证透光率在70％的情况下， 1GHz～18GHz频段内的电磁屏蔽效能达到40dB以上，很好地解决了金属丝网的屏蔽效能会随电磁波频率增加而快速下降的问题。

2.美国专利US20130114133A1“Thin films for energy efficient transparentelectromagnetic shields”设计了一种在玻璃上沉积多层TiO₂/Ag/Ti的复合结构，该结构能应用于节能玻璃，同时也有优异的电磁防护性能，在30kHz～18GHz 的屏蔽效能大于36dB，可见光透过率大于65％。