具有石墨烯夾層和雙外吸收層的雙層金屬網柵強電磁屏蔽光窗屬于光學透明件電磁屏蔽技術領域，該電磁屏蔽光窗的核心器件是第一、二、三透明吸收層和透明反射層，所述的第一、三透明吸收層均由1-6層被透明介質分隔的石墨烯薄膜構成，第二透明吸收層由1-3層被透明介質分隔的石墨烯薄膜構成，金屬網柵A和B構成透明反射層，將第一、三透明吸收層分別置于透明反射層兩側，第二透明吸收層置于金屬網柵A和B之間；本發明專利技術解決了現有透明電磁屏蔽方法雙向強電磁屏蔽、低電磁反射和高透光不能兼顧的問題，具有雙向強電磁屏蔽、低電磁反射、高透光性能的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學透明件電磁屏蔽領域，特別涉及一種具有石墨烯夾層和雙外吸收層的雙層金屬網柵強電磁屏蔽光窗。
技術介紹
隨著廣播、電視、無線通訊技術及微波技術的發展，射頻設備在人類活動的各個場所大量裝備，且頻譜范圍不斷展寬，強度成倍增加，這不僅對電子設備造成干擾，還對人體健康產生威脅。這種看不見摸不著的“電磁污染”直接作用于機器或人體，是危害嚴重的“隱形殺手”，已成為繼大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染之后的第五大污染。電磁屏蔽（包括吸收和反射）是防治電磁污染的主要措施，近年來，電磁屏蔽技術受到人們的廣泛關注。其中需要視覺觀測場合的電磁屏蔽——即透明電磁屏蔽，一直以來都是難點和熱點，其應用涵蓋醫用電磁隔離室觀察窗、通訊設備透明電磁屏蔽元件、航空航天裝備光窗、先進光學儀器光窗、保密設施防電磁泄露光窗、液晶顯示屏、手機觸屏、車載透明天線等。目前，實現透明電磁屏蔽的難點主要在于傳統的吸波材料大多不透明或透明性很差，而基于透明導電材料或器件的反射透明屏蔽技術中透明性和導電屏蔽能力互相制約，難以同時實現高透明性和強電磁屏蔽。此外，導電反射透明屏蔽技術將電磁輻射反射回空間，對空間環境造成“二次污染”，不利于電磁污染的徹底防治。以氧化銦錫為主的透明金屬氧化物薄膜，在可見光透明的場合應用廣泛，但是其透光波段較窄，雖然微波屏蔽波段較寬，但屏蔽能力不強。納米銀導電網絡薄膜可以實現90%左右的透光率，但納米銀線間具有不可避免的接觸電阻，尤其是在高透光時納米銀線很細和較稀疏使其表面電阻較高，進而降低屏蔽效率。帶通型頻率選擇表面采用周期性諧振單元結構，能夠高反射工作頻帶以外的干擾微波，但是其透光性較差且不易實現寬透光帶。據此，上述各技術方案均不能同時滿足電磁屏蔽光窗對高透光和強微波屏蔽能力的要求。相比而言，具有毫米至亞毫米周期的金屬網柵，由于其周期比干擾電磁波長小得多，而又遠大于光學波長，可以在實現低頻寬波段電磁屏蔽的同時，保證較高的可見光和紅外波段的透光率。因此，毫米、亞毫米周期的金屬網柵以其良好的透明導電性能，在光窗電磁屏蔽
得到了廣泛的應用：1.專利200810063988.0“一種具有雙層方格金屬網柵結構的電磁屏蔽光學窗”描述了一種由結構參數相同的方格金屬網柵或金屬絲網平行放置于光學窗或透明襯底兩側構成的電磁屏蔽光學窗，大幅度提高了電磁屏蔽效率。2.專利200810063987.6“一種具有雙層圓環金屬網柵結構的電磁屏蔽光學窗”描述了一種由兩層圓環金屬網柵加載于光學窗兩側構成的電磁屏蔽光學窗，解決了高透光率和強電磁屏蔽效率不能同時兼顧的問題。3.專利201410051497.X“具有同心圓環的多周期主從嵌套圓環陣列電磁屏蔽光窗”描述了一種用于實現光學窗電磁屏蔽功能的多周期同心圓環嵌套的金屬網柵結構，該結構使得高級衍射造成的雜散光得到了一定的均化，減小了網柵對光窗成像質量的影響。4.專利201410051496.5“雙層交錯多周期金屬圓環嵌套陣列的電磁屏蔽光窗”描述了一種由兩層交錯排列的金屬網柵構成的電磁屏蔽光窗，顯著降低了網柵衍射光強分布的不均勻性，減小對成像的影響。專利200810063988.0和專利200810063987.6均采用雙層金屬網柵平行放置于光窗透明基片或襯底的兩側構成，兩層金屬網柵具有相同的單元外形和結構參數，通過優化兩層網柵的間距，提高了電磁屏蔽效率。專利201410051497.X提出了一種具有多周期同心圓環主從嵌套圓環陣列的網柵結構，實現了對高級次衍射的深度均化，減小了對成像質量的影響極低。專利201410051496.5通過雙層網柵交錯角的選取，使雜散光分布更均勻，對成像質量影響更小。上述各專利，采用金屬網柵（或金屬絲網）作為微波屏蔽的核心器件，可以實現較好的電磁屏蔽效果和透光性能，但是金屬作為一種反射式電磁屏蔽材料，反射的射頻信號會對空間環境造成“二次污染”，不利于電磁污染的徹底防治。在現代技術的很多領域中，碳材料都扮演著非常重要的角色，在碳的眾多同素異形體中，石墨烯是一種非常典型的材料，石墨烯是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一個碳原子厚度的二維材料，具有多方面優良的性質，其中一個突出性質是具有優良的透明導電性，具有二維結構的石墨烯由于其良好的導電性和也具有一定的微波吸收性能，這使得石墨烯而在透明電磁屏蔽領域具有很高的應用價值：5.美國專利US20130068521“Electromagneticshieldingmethodusinggrapheneandelectromagneticshiedlingmaterial”利用化學氣相沉積法(CVD)制備的石墨烯加載于金屬板、聚合物襯底之上實現電磁屏蔽，與未加載石墨烯的金屬板、聚合物襯底相比，加載石墨烯以后，整體結構的電磁屏蔽效率有所提高。6.專利201310232829.X“用于屏蔽電磁輻射的基于石墨烯的結構和方法”描述了一種用于屏蔽頻率大于1兆赫茲電磁輻射的電磁屏蔽結構，該結構由一層或多層石墨烯構成，且至少一層石墨烯摻雜有摻雜劑。7.專利201420099425.8“一種基于石墨烯薄膜的透明電磁屏蔽膜”描述了一種在透明基底和石墨烯薄膜之間排布納米銀線的透明電磁屏蔽膜，納米銀線起到電荷橋梁的作用，增加整個電磁屏蔽膜的導電性，提高屏蔽效率。8.美國萊斯大學(RiceUniversity)的JamesM.Tour等人用光刻法制備線條寬度為5μm的金屬網柵，并將單層石墨烯轉移在其表面，制成了石墨烯金屬網柵混合導電膜（JamesM.Tour等，“RationalDesignofHybridGrapheneFilmsforHigh-PerformanceTransparentElectrodes”.ACSNano，2011，5(8)：6472~6479），該混合導電膜可實現90%的透光率和20Ω/sq的方阻。9.韓國科學技術院(KAIST)的SeulKiHong等人報道了單層石墨烯的屏蔽效率為2.27dB（HongSK等，“Electromagneticinterferenceshieldingeffectivenessofmonolayergraphene”.Nanotechnology,2012,23(45)：455704），其中吸收損耗和反射損耗分別為-4.38dB和-13.66dB。10.韓國成均館大學(SungkyunkwanUniversity)的KimS和韓國三星電機公司(SamsungElectro-Mechanics)的Myeong-GiKim等人采用聚醚酰亞胺/氧化還原法制備的石墨烯(PEI/RGO)層疊結構實現電磁屏蔽（KimS等，“ElectromagneticInterference(EMI)TransparentShieldingofReducedGrapheneOxide(RGO)InterleavedStructureFabricatedbyElectrophoreticDeposition”.ACSappliedmaterials&interfaces,2014,6(20)：17647-17653），雙層PEI/RGO和單層PEI/RGO本文檔來自技高網...
【技術保護點】
具有石墨烯夾層和雙外吸收層的雙層金屬網柵強電磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的電磁屏蔽光窗由依次重疊且平行配置的第一透明吸收層(3)、透明介質A(4)、金屬網柵A(5)、透明介質B(6)、第二透明吸收層(7)、透明介質C(8)、金屬網柵B(9)、透明介質D(10)和第三透明吸收層(11)裝配構成；所述的第一、三透明吸收層(3、11)均由1?6層被透明介質分隔的石墨烯薄膜構成，第二透明吸收層(7)由1?3層被透明介質分隔的石墨烯薄膜構成，相互平行配置的金屬網柵A(5)與金屬網柵B(9)構成透明反射層。
【技術特征摘要】
1.具有石墨烯夾層和雙外吸收層的雙層金屬網柵強電磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的電磁屏蔽光窗由依次重疊且平行配置的第一透明吸收層(3)、透明介質A(4)、金屬網柵A(5)、透明介質B(6)、第二透明吸收層(7)、透明介質C(8)、金屬網柵B(9)、透明介質D(10)和第三透明吸收層(11)裝配構成；所述的第一、三透明吸收層(3、11)均由1-6層被透明介質分隔的石墨烯薄膜構成，第二透明吸收層(7)由1-3層被透明介質分隔的石墨烯薄膜構成，相互平行配置的金屬網柵A(5)與金屬網柵B(9)構成透明反射層。2.根據權利要求1所述的具有石墨烯夾層和雙外吸收層的雙層金屬網柵強電磁屏蔽光窗，其特征在于：在第一透明吸收層(3)外側部上依次平行配置單層或多層的增透膜A(2)和單層或多層的保護層A(1)；第三透明吸收層(11)外側部上依次平行配置單層或多層的增透膜B(12)和單層或多層的保護層B(13)。3.根據權利要求1所述的具有石墨烯夾層和雙外吸收層的雙層金屬網柵強電磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的金屬網柵A、B(5、9)均由網柵單元按周期性排列的二維平面結構構成，網柵單元的周期為亞毫米至毫米量級，金屬線條寬度為亞微米至微米量級，相鄰網柵單元之間通過金屬線條交疊或在交疊處設置將兩條金屬線...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陸振剛，譚久彬，馬櫟敏，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23
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