石墨烯网栅和双层金属网栅复合层叠结构的电磁屏蔽光窗属于光学透明件电磁屏蔽技术领域，该电磁屏蔽光窗利用石墨烯网栅薄膜具有不同的网孔单元开孔面积比时表现出的不同透光和微波屏蔽特性，将石墨烯网栅薄膜的低反射和部分吸收微波特性与高透光双层金属网栅的强电磁反射特性有机结合，构成多层结构：用双层金属网栅作为透明反射层，用N层被透明介质分隔的石墨烯网栅薄膜作为透明吸收层；该结构可使射频辐射多次穿过吸收层被强吸收，实现强屏蔽和低反射特性，可见光仅透过层叠结构一次而具有高透光率，并且由于石墨烯网栅薄膜存在周期性的开孔结构，提高了其透光性能；该电磁屏蔽光窗解决了现有透明电磁屏蔽方法高透光、低电磁反射和强电磁屏蔽不能兼顾的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学透明件电磁屏蔽领域，特别涉及一种石墨烯网栅和双层金属网栅复合层叠结构的强电磁屏蔽光窗。
技术介绍
随着广播、电视、无线通讯技术及微波技术的发展，射频设备在人类活动的各个场所大量装备，且频谱范围不断展宽，强度成倍增加，这不仅对电子设备造成干扰，还对人体健康产生威胁。这种看不见摸不着的“电磁污染”直接作用于机器或人体，是危害严重的“隐形杀手”，已成为继大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染之后的第五大污染。电磁屏蔽（包括吸收和反射）是防治电磁污染的主要措施，近年来，电磁屏蔽技术受到人们的广泛关注。其中需要视觉观测场合的电磁屏蔽——即透明电磁屏蔽，一直以来都是难点和热点，其应用涵盖医用电磁隔离室观察窗、通讯设备透明电磁屏蔽元件、航空航天装备光窗、先进光学仪器光窗、保密设施防电磁泄露光窗、液晶显示屏、手机触屏、车载透明天线等。目前，实现透明电磁屏蔽的难点主要在于传统的吸波材料大多不透明或透明性很差，而基于透明导电材料或器件的反射透明屏蔽技术中透明性和导电屏蔽能力互相制约，难以同时实现高透明性和强电磁屏蔽。此外，导电反射透明屏蔽技术将电磁辐射反射回空间，对空间环境造成“二次污染”，不利于电磁污染的彻底防治。以氧化铟锡为主的透明金属氧化物薄膜，在可见光透明的场合应用广泛，但是其透光波段较窄，虽然微波屏蔽波段较宽，但屏蔽能力不强。纳米银导电网络薄膜可以实现90%左右的透光率，但纳米银线间具有不可避免的接触电阻，尤其是在高透光时纳米银线很细和较稀疏使其表面电阻较高，进而降低屏蔽效率。带通型频率选择表面采用周期性谐振单元结构，能够高反射工作频带以外的干扰微波，但是其透光性较差且不易实现宽透光带。据此，上述各技术方案均不能同时满足电磁屏蔽光窗对高透光和强微波屏蔽能力的要求。相比而言，具有毫米至亚毫米周期的金属网栅，由于其周期比干扰电磁波长小得多，而又远大于光学波长，可以在实现低频宽波段电磁屏蔽的同时，保证较高的可见光和红外波段的透光率。因此，毫米、亚毫米周期的金属网栅以其良好的透明导电性能，在光窗电磁屏蔽
得到了广泛的应用：1.专利200810063988.0“一种具有双层方格金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗”描述了一种由结构参数相同的方格金属网栅或金属丝网平行放置于光学窗或透明衬底两侧构成的电磁屏蔽光学窗，大幅度提高了电磁屏蔽效率。2.专利200810063987.6“一种具有双层圆环金属网栅结构的电磁屏蔽光学窗”描述了一种由两层圆环金属网栅加载于光学窗两侧构成的电磁屏蔽光学窗，解决了高透光率和强电磁屏蔽效率不能同时兼顾的问题。3.专利201410051497.X“具有同心圆环的多周期主从嵌套圆环阵列电磁屏蔽光窗”描述了一种用于实现光学窗电磁屏蔽功能的多周期同心圆环嵌套的金属网栅结构，该结构使得高级衍射造成的杂散光得到了一定的均化，减小了网栅对光窗成像质量的影响。4.专利201410051496.5“双层交错多周期金属圆环嵌套阵列的电磁屏蔽光窗”描述了一种由两层交错排列的金属网栅构成的电磁屏蔽光窗，显著降低了网栅衍射光强分布的不均匀性，减小对成像的影响。专利200810063988.0和专利200810063987.6均采用双层金属网栅平行放置于光窗透明基片或衬底的两侧构成，两层金属网栅具有相同的单元外形和结构参数，通过优化两层网栅的间距，提高了电磁屏蔽效率。专利201410051497.X提出了一种具有多周期同心圆环主从嵌套圆环阵列的网栅结构，实现了对高级次衍射的深度均化，减小了对成像质量的影响。专利201410051496.5通过双层网栅交错角的选取，使杂散光分布更均匀，对成像质量影响更小。上述各专利，采用金属网栅（或金属丝网）作为微波屏蔽的核心器件，可以实现较好的电磁屏蔽效果和透光性能，但是金属作为一种反射式电磁屏蔽材料，反射的射频信号会对空间环境造成“二次污染”，不利于电磁污染的彻底防治。在现代技术的很多领域中，碳材料都扮演着非常重要的角色，在碳的众多同素异形体中，石墨烯是一种非常典型的材料，石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料，具有多方面优良的性质，其中一个突出性质是具有优良的透明导电性，也具有一定的微波吸收性能，这使得石墨烯在透明电磁屏蔽领域具有很高的应用价值：5.美国专利US20130068521“Electromagneticshieldingmethodusinggrapheneandelectromagneticshiedlingmaterial”利用化学气相沉积法(CVD)制备的石墨烯加载于金属板、聚合物衬底之上实现电磁屏蔽，与未加载石墨烯的金属板、聚合物衬底相比，加载石墨烯以后，整体结构的电磁屏蔽效率有所提高。6.专利201310232829.X“用于屏蔽电磁辐射的基于石墨烯的结构和方法”描述了一种用于屏蔽频率大于1兆赫兹电磁辐射的电磁屏蔽结构，该结构由一层或多层石墨烯构成，且至少一层石墨烯掺杂有掺杂剂。7.专利201420099425.8“一种基于石墨烯薄膜的透明电磁屏蔽膜”描述了一种在透明基底和石墨烯薄膜之间排布纳米银线的透明电磁屏蔽膜，纳米银线起到电荷桥梁的作用，增加整个电磁屏蔽膜的导电性，提高屏蔽效率。8.美国莱斯大学(RiceUniversity)的JamesM.Tour等人用光刻法制备线条宽度为5μm的金属网栅，并将单层石墨烯转移在其表面，制成了石墨烯金属网栅混合导电膜（JamesM.Tour等，“RationalDesignofHybridGrapheneFilmsforHigh-PerformanceTransparentElectrodes”.ACSNano，2011，5(8)：6472~6479），该混合导电膜可实现90%的透光率和20Ω/sq的方阻。9.韩国科学技术院(KAIST)的SeulKiHong等人报道了单层石墨烯的屏蔽效率为2.27dB（HongSK等，“Electromagneticinterferenceshieldingeffectivenessofmonolayergraphene”.Nanotechnology,2012,23(45)：455704），其中吸收损耗和反射损耗分别为-4.38dB和-13.66dB。10.韩国成均馆大学(SungkyunkwanUniversity)的KimS和韩国三星电机公司(SamsungElectro-Mechanics)的Myeong-GiKim等人采用聚醚酰亚胺/氧化还原法制备的石墨烯(PEI/RGO)层叠结构实现电磁屏蔽（KimS等，“ElectromagneticInterference(EMI)TransparentShieldingofReducedGrapheneOxide(RGO)InterleavedStructureFabricatedbyElectrophoreticDeposition”.ACSappliedmaterials&interfaces,2014,6(20)：17647-17653），双层PEI/RGO和单层PEI/RGO层叠结构的电磁屏蔽效率分别为6.37和3.09d本文档来自技高网...
【技术保护点】
石墨烯网栅和双层金属网栅复合层叠结构的强电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的电磁屏蔽光窗由依次重叠且平行配置的透明吸收层(3)、透明介质A(4)、金属网栅A(5)、透明介质B(6)和金属网栅B(7)装配构成；所述的透明吸收层(3)由N层被透明介质分隔的石墨烯网栅薄膜构成，相互平行配置的金属网栅A(5)与金属网栅B(7)构成透明反射层；所述的构成透明吸收层(3)的石墨烯网栅薄膜由具有网孔阵列结构的石墨烯薄膜构成；所述的网孔阵列结构是指网孔单元周期性排列而成的二维阵列结构；所述的网孔单元具有方孔或者圆孔外形；网孔单元尺寸为亚微米至毫米量级，网孔单元阵列周期为微米至毫米量级；网孔单元开孔面积比t在0.05与0.7之间取值； 所述的网孔单元开孔面积比是指在一个阵列周期内，网孔单元开孔面积与阵列周期单元面积的比值。
【技术特征摘要】
1.石墨烯网栅和双层金属网栅复合层叠结构的强电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的电磁屏蔽光窗由依次重叠且平行配置的透明吸收层(3)、透明介质A(4)、金属网栅A(5)、透明介质B(6)和金属网栅B(7)装配构成；所述的透明吸收层(3)由N层被透明介质分隔的石墨烯网栅薄膜构成，相互平行配置的金属网栅A(5)与金属网栅B(7)构成透明反射层；所述的构成透明吸收层(3)的石墨烯网栅薄膜由具有网孔阵列结构的石墨烯薄膜构成；所述的网孔阵列结构是指网孔单元周期性排列而成的二维阵列结构；所述的网孔单元具有方孔或者圆孔外形；网孔单元尺寸为亚微米至毫米量级，网孔单元阵列周期为微米至毫米量级；网孔单元开孔面积比t在0.05与0.7之间取值...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆振刚，谭久彬，王赫岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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