一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸收器属于光学透明件电磁屏蔽领域。该器件利用共掺杂沉积方法在超薄厚度条件下得到表面连续、粗糙度极低的高质量掺杂金属膜。将石墨烯与透明介质组成石墨烯/透明介质单元，进而与超薄掺杂金属构成微波谐振腔。由于超薄掺杂金属薄膜厚度在几十纳米以下，远远小于微波段电磁波波长，可以提供稳定的宽频段强电磁反射，解决了传统微波谐振腔中反射层电磁反射率存在频率依赖性的问题，为微波吸收器提供了新型的电磁反射结构。进一步，通过理论建模分析得到相应透明介质层厚度可以实现对设计频点微波的完美吸收，并可以使用多层石墨烯/透明介质单元与超薄掺杂金属组成多频点谐振腔，引入多个频点的吸收谐振，极大地拓展了微波吸收器的吸收带宽，实现高性能的宽频带微波吸收。宽频带微波吸收。宽频带微波吸收。
【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器
[0001]本专利技术属于光学透明件电磁屏蔽领域，特别涉及一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器。
技术介绍
[0002]从广播、电视、雷达、卫星通讯与导航、移动通信到无线定位、医疗诊断等，电磁波技术广泛应用于人们日常生活和生产的各个领域。尤其是伴随着电磁波通讯技术的不断发展，发射和接收电磁波的终端设备成数量级的增长，电磁波应用波段不断被展宽，并且电磁波发射功率不断增强，造成了日益严重的电磁污染问题。其影响之一是，电磁辐射波谱的展宽和电磁辐射功率的增强带来了严重的电磁干扰，极大地影响了电子系统的稳定性并带来了相应的电子安全性问题，同时也会给人体健康带来危害。
[0003]电磁干扰通常可以通过密闭金属壳体或者涂覆吸波材料解决，然而，该方法不能解决需要视觉观测场合下的电磁干扰屏蔽—也就是透明电磁屏蔽，这也是电磁屏蔽领域的一个公认的热点和难点问题。其实际应用方面，包括一切同时需要满足视觉可见和电磁隔离的场合，如航空航天设备中飞行器/卫星光窗、舰船/汽车光窗、光学仪器光窗、商用高精度仪器的显示设备，医用电磁隔离室观察窗和民用手机触屏、显示器等。尤其是在尖端航空航天领域中，透明电磁隐身是当前最具有前沿性和挑战性的课题。
[0004]最近，随着5G和新型探测与遥感等技术的快速发展，对透明电磁屏蔽技术提出了两个十分迫切的新需求。第一个迫切需求是发展具有宽频带电磁屏蔽能力的光学透明器件。伴随着电磁波通讯技术的不断发展，空间中电磁波信号频率成分愈发复杂。第二个迫切需求是发展具有电磁吸收能力的光学透明器件，实现高透光、强屏蔽和低电磁反射，终极目标是实现强电磁吸收，避免电磁反射带来的“二次污染”问题，以期完全消除电磁污染。目前实现透明电磁屏蔽的方法主要采用金属基透明导电薄膜技术，包含金属网栅滤波技术、金属纳米线技术、金属氧化物薄膜与图案化金属纳米粒子技术、石墨烯及其与金属网栅复合结构微波吸收技术等。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]5.专利201510262958.2、201510262957.8、201510262996.8、201510262998.7都是基于裂痕网栅的制作方法，该网栅属于随机网栅的一种。是利用特定条件下，掩模液自然干燥形成裂纹模板，利用该模板制作裂痕网栅，可以有效降低最大高级次衍射，但是由于裂纹是通过自然形成，导致网栅具有不可控性，无法确保透光性、电磁屏蔽效率和高级次衍射能量分布均匀性，且多次试验会造成成本的上升。
[0010]6.四川大学鄢定祥等人报道了一种基于藻酸钙/银纳米线/聚氨酯结构的透明电磁屏蔽膜。该电磁屏蔽膜可以在可见光透光率为92％时实现大于20dB的电磁屏蔽性能，同时具有加工成本低等优点(Yan D X等,“Highly efficient and reliable transparent electromagnetic interferenceshielding film”.ACS applied materials&interfaces,2018,10(14):11941
‑
11949)。
[0011]7.西班牙光子科学研究所Valerio Pruneri等人报道了一种基于铜种子层的超光滑银膜，通过在银膜沉积之前先沉积1nm的铜，后续银膜获得了极其光滑的表面(表面粗糙度小于 0.5nm)，大幅提升了银膜的光电性能，然而种子层金属的引入增大了银膜的光学损耗，同时银膜自可见光向红外波段反射率逐渐升高。(Valerio Pruneri等，“Ultrastable and atomicallysmooth ultrathin silver films grown on a copper seed layer”.ACS applied materials&interfaces, 2013,5(8):3048
‑
3053)。
[0012]8.韩国科学技术院(KAIST)的Seul Ki Hong等人报道了单层石墨烯的屏蔽效率为2.27dB (Hong S K等，“Electromagnetic interference shielding effectiveness of monolayer graphene”. Nanotechnology,2012,23(45)：455704)，其中吸收损耗和反射损耗分别为
‑
4.38dB和
‑
13.66dB。
[0013]9.韩国成均馆大学(Sungkyunkwan University)的Kim S和韩国三星电机公司(Samsung Electro
‑
Mechanics)的Myeong
‑
Gi Kim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(Kim S等，“Electromagnetic Interference(EMI)TransparentShielding of Reduced Graphene Oxide(RGO)Interleaved Structure Fabricated by ElectrophoreticDeposition”.ACS applied materials&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3.09dB，且吸收损耗占总电磁屏蔽效率的比例分别为96％和92％。
[0014]10.美国密西根大学L.Jay Guo等人利用金属网栅结构作为反射层提出了一种蝴蝶结形状基本单元的频率选择表面，其同时具有光学半透明和电磁波吸收能力。由于使用了谐振单元在特定频段内实现与空气的阻抗匹配，并且利用了蝴蝶结单元之间侧壁的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器，其特征在于：所述的透明微波吸波器由依次重叠且平行配置N个石墨烯/透明介质单元和底层超薄掺杂金属构成，其中1≤N≤4，石墨烯/透明介质单元由相互平行配置的上层石墨烯和下层透明介质组成。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器，其特征在于：透明完美吸波器当N＝1时，透明介质的厚度满足：当2≤N≤4时，透明介质的厚度满足：式中，n1为透明介质的折射率，n2和k2为石墨烯的折射率和衰减系数，c为真空光速，f是理论设计微波吸收率为100％对应的频率点，即完美微波吸收频点。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器，其特征在于：石墨烯/透明介质单元中石墨烯为单层石墨烯薄膜或掺杂的单层石墨烯薄膜。4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器，其特征在于：石墨烯/透明介质单元中透明介质层制作材料包括普通玻璃、石英玻璃、蓝宝石、硫化锌、红外材料及透明树脂材料。5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯/透明介质与超薄掺杂金属的透明完美微波吸波器，其特征在于：超薄掺杂金属由两种或两种以上金属材料通过共沉积的方式形成，其中主要金属元素的原子浓度占比大于等于85％，掺杂金属元素的总原子浓度占比小于等于15％；超薄掺杂金属的厚度小于等...
【专利技术属性】
技术研发人员：王赫岩，陆振刚，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。