一种高性能透明电磁防护材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高性能透明电磁防护材料及其制备方法，其特征在于：电磁防护材料包括玻璃基片，以及依次设置在玻璃基片上的第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组，第三功能膜组的表面上镀制顶部保护层，本发明专利技术设置成折射率低/高/低/高/低的折射率交替结构，在低折射率和高折射率两层不同介质间插入一层中间折射率的膜层，使之形成低/中/高折射率的递进结构，通过多层增透实现在材料保持较薄膜层厚度或较高透光率条件下维持高导电性和高电磁屏蔽效能。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能透明电磁防护材料及其制备方法
本专利技术属于无机非金属电磁防护材料领域，尤其是涉及一种高性能透明电磁防护材料及其制备方法。
技术介绍
随着科技的进步，计算机、网络等的应用遍布了各个行业，在给我们生活带来极大丰富和便利的同时，电磁波也影响着我们的生活环境和生存空间。我们所处的电磁环境也日益复杂，目前，信息化设备集成度越高，电路系统电磁敏感性、易损性越高，电磁防护越重要，电磁防护材料不仅需要对电子器件进行有效保护，也需要为身处电磁环境中的人提供有效保护。在常规非可视领域，金属板材或设备外壳等将电磁波屏蔽或封闭在局部空间内可以有效防止电磁干扰或电磁泄露。但是，在仪器面板、电子触屏、光电子器件、现代穿戴电子、计算机安全保密，导航制导等领域，在有效防护的同时还需要兼具可视甚至高透光等要求，这为透明电磁防护材料提供了广泛的应用前景。现有透明电磁防护材料的综合性能有待提高，尤其需要高屏蔽效能，高可见光透过率，影像高清晰度等可视窗部位的透明电磁防护材料。通常来说，高导电高电磁屏效与高透光性是矛盾的，即提高屏蔽效能需要导电性好、厚度大的材料提供保证，但这样做通常会因为光的反射、吸收、散射等机制而牺牲材料的透光性。因此，如何在材料保持较薄膜层厚度或较高透光率条件下，显著提高其电导性和电磁屏蔽效能，实现高透光和高屏效的统一，成为该类材料研制面临的主要问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种高性能透明电磁防护材料及其制备方法，设置成折射率低/高/低/高/低的折射率交替结构，在低折射率和高折射率两层不同介质间插入一层中间折射率的膜层，使之形成低/中/高折射率的递进结构，通过多层增透实现在较薄膜层厚度或材料保持较高透光率条件下维持高导电性和高电磁屏蔽效能。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种高性能透明电磁防护材料，电磁防护材料包括玻璃基片，以及依次设置在玻璃基片上的第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组，第三功能膜组的表面上镀制顶部保护层。优选的，第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组均包括光学介质层下层、导电陶瓷屏蔽层和光学介质层上层。优选的，光学介质层为金属氧化物层或氮化物陶瓷层中的一种或多种；导电陶瓷屏蔽层为金属氧化物层或氮化物陶瓷层中的一种或多种。优选的，光学介质层上层和光学介质层下层的材料均为TiOx、SiOx、SiAlNx、NbOx、ZnAlOx、ZnSnOx中的一种或多种，厚度均为5-160nm；优选的，第三功能模组的光学介质层上层材料为SiOx，厚度为50-130nm，第一功能膜组的光学介质层上层和下层、第二功能膜组的光学介质层上层和下层、第三功能膜组的光学介质层下层的材料优选SiAlNx、ZnAlOx、TiOx、NbOx中的一种或多种，厚度优选为5nm～50nm。优选的，导电陶瓷屏蔽层的材料为SnFOx、InSnOx中的一种或两种，导电陶瓷屏蔽层厚度为70-180nm；优选的，导电陶瓷屏蔽层的材料为InSnOx，导电陶瓷屏蔽层厚度为90nm-130nm，Sn：In的比例为5-15：85-95；更优选的，Sn：In的比例为12：88。优选的，顶部保护层的材料为SiNx、SiAlNx、CrNx、NiCrNx、NiCrOx、TiOx、ZrOx中的一种或多种，顶部保护层厚度为5nm～50nm；优选地，顶部保护层的材料为TiOx、ZrOx中的一种或两种，厚度为10nm-30nm。设置顶部保护层的目的是隔绝空气中O2，水分，SO2等对膜层的氧化或侵蚀等。优选的，玻璃基片为K9玻璃。优选的，电磁防护材料的可见光透过率≥90％；膜层面电阻≤5Ω/□；100MHz-14GHz的宽幅带电磁屏蔽效率为-30dB至-35dB。本专利技术的第二个目的在于提供一种高性能透明电磁防护材料的制备方法，包括以下步骤：(1)基片清洗：将K9玻璃用去离子水进行清洗，并进行烘干处理以除去基材表面的吸附水；(2)抽真空：先将镀膜室的真空度调至1*E-7mbar；镀制过程中，镀膜室的真空度为1*E-4mbar左右。镀制过程中，镀膜室中充入溅射气体Ar和或反应气体O2或N2，使真空度维持在1*E-4mbar左右；(3)镀制膜层：将洁净的K9玻璃基片送入镀膜室，依次通过磁控溅射镀制第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组合顶部保护层。其中，在镀制各层时需先将每个镀膜室内充入气体并调整至合适的气体比例和气压后进行膜层镀制；(4)高温热处理：膜层镀制好之后，在热处理炉中通入O2增加氧分压到20％-40％，膜层从室温慢速以50-60℃/分钟的速度进行加热至400-500℃，快速以120-150℃/分钟的速度进行升温至700-800℃，然后再保温80-120秒，自然冷却或吹风冷却到室温；(5)K9玻璃可以在基片清洗之前进行尺寸分割，也可以在膜层镀制完成之后高温热处理之前进行尺寸分割。本专利技术的第三个目的在于提供一种高性能透明电磁防护材料在电磁屏蔽的透明保护罩、装甲车辆、军需运输车辆、电磁保密室的玻璃窗、电子/电磁仪器装备的视窗或触屏中的应用。本专利技术的原理：本专利技术通过多层增透实现在材料保持较薄膜层厚度或较高透光率条件下维持高电导性和高电磁屏蔽效能，设置成折射率低/高/低/高/低的折射率交替结构，在低折射率和高折射率两层不同介质间插入一层中间折射率的膜层，使之形成低/中/高折射率的递进结构。ITO折射率属于导电膜中折射率较大的膜层，导电性良好，且在相同导电性时可见光透过率较高。在本专利技术中，ITO除作为屏蔽功能膜外，还兼具了增透作用。在复合膜中选用多层ITO膜可以配合多层介质膜形成低/高/低/高/低的折射率交替结构。同时，相邻介质膜采用了不同材质的设计也能形成折射率变化缓冲，如L3/L4和L6/L7，使折射率变化梯度减小，增透效果更好，从而得到透过率更高的复合电磁屏蔽膜。Ag导电性非常好，但Ag金属膜的折射率也很小，使得膜层反射率较高，在Ag膜超过15nm时其透过率已经降低到了10％之内，甚至完全不透明。在复合层中即便Ag层两侧均设计增透膜，但其面电阻低至5Ω/□左右时，复合膜透过率在70％左右。同时Ag由于具有很强氧化活性，含银的电磁屏蔽膜在常温下耐氧化性和高温热稳定性方面还有待进一步提高，故本专利技术选用了ITO导电层，且加入了ZrOx保护层。为了进一步提高膜层的导电性，本专利技术在ITO中调整Sn的比例，以引起InSnOx的晶格畸变，同时氧分压的变化也改变了InSnOx中的氧空穴的比例，即载流子浓度发生变化，进而改变了屏蔽功能层的导电性和屏蔽效果。经高温热处理后，屏蔽膜中的各层均进行了充分的氧化和陶瓷化，使得高温富氧烧结后膜层具有了优异的硬度，韧性和稳定性，以满足各种使用环境，甚至高温高湿等恶劣环境。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的高性能透明电磁防护材料，各个功能膜组为金属氧化物或氮化物陶瓷层，不含金属层，具有很好的耐酸耐碱、耐磨损、耐氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：电磁防护材料包括玻璃基片，以及依次设置在玻璃基片上的第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组，第三功能膜组的表面上镀制顶部保护层。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：电磁防护材料包括玻璃基片，以及依次设置在玻璃基片上的第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组，第三功能膜组的表面上镀制顶部保护层。


2.根据权利要求1所述的一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：第一功能膜组、第二功能膜组、第三功能膜组均包括光学介质层下层、导电陶瓷屏蔽层和光学介质层上层。


3.根据权利要求2所述的一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：光学介质层为金属氧化物层或氮化物陶瓷层中的一种或多种；导电陶瓷屏蔽层为金属氧化物层或氮化物陶瓷层中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：光学介质层上层和光学介质层下层的材料均为TiOx、SiOx、SiAlNx、NbOx、ZnAlOx、ZnSnOx中的一种或多种，厚度均为5-160nm；优选的，第三功能模组的光学介质层上层材料为SiOx，厚度为50-130nm，第一功能膜组的光学介质层上层和下层、第二功能膜组的光学介质层上层和下层、第三功能膜组的光学介质层下层的材料优选SiAlNx、ZnAlOx、TiOx、NbOx中的一种或多种，厚度优选为5nm～50nm。


5.根据权利要求3所述的一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：导电陶瓷屏蔽层的材料为SnFOx、InSnOx中的一种或两种，导电陶瓷屏蔽层厚度为70-180nm；优选的，导电陶瓷屏蔽层的材料为InSnOx，导电陶瓷屏蔽层厚度为90nm-130nm，Sn：In的比例为5-15：85-95，更优选的，Sn：In的比例为12：88。


6.根据权利要求1所述的一种高性能透明电磁防护材料，其特征在于：顶部保护层的材料为...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊小伟，付亚东，赵永进，淮旭国，张得全，马轶先，
申请(专利权)人：天津耀皮工程玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12