[发明专利]一种用于加密电脑显示器的吸波超材料

说明书

本发明涉及一种用于加密电脑显示器的吸波超材料，包括多个周期性排列的超材料结构单元，每个超材料结构单元包括超材料结构Ⅰ和超材料结构Ⅱ，超材料结构Ⅰ包括第一导电层和第一介质层，第一导电层设置于第一介质层之上，第一导电层上设置有沿超材料结构单元中心对称的双“L”形结构，超材料结构Ⅱ包括第二导电层和第二介质层，第二导电层设置于第二介质层之上，第二导电层上设置有沿超材料结构单元中心对称的四“L”形结构，“L”形结构的边分别平行于相对应的超材料结构单元的边；本发明厚度小，对工作频段在8.25GHz‑17.35GHz范围内的电磁波吸收率高于90%，可见光波段平均透过率为85%；本发明涉及电磁防护技术领域。

技术领域

本发明涉及电磁防护技术领域，更具体而言，涉及一种用于加密电脑显示器的吸波超材料。

背景技术

随着电子元器件和电子设备广泛应用，它们带来极大便利的同时，产生的电磁辐射也会影响人们的日常生活，使人类生存空间的电磁环境越来越恶化。其产生的电磁干扰不仅会对电脑、仪表等电子设备产生严重的干扰，甚至产生不可逆的破坏，同时还会对处于电磁环境中的人员也有一定程度的危害。因此，在诸多领域都提出了对电磁屏蔽的要求，尤其是对于航空航天设备、通信设备加密电脑的显示器、精密仪表盘等的观测窗，不仅要求高光学透光率，同时也必须满足电磁屏蔽的要求，以确保实现精密探测和观测。

目前，电磁屏蔽材料通常为宽带隙氧化物半导体、金属涂层等以反射为主的电磁屏蔽材料，虽然部分材料或结构满足透光率要求，但是会造成二次电磁辐射污染。因而，对电磁屏蔽应用来说，开发吸收占主导地位的电磁吸波材料是必要的。

在透明吸波材料研究的早期，研究人员更多使用金属栅网、氧化铟锡（ITO）以及石墨烯等材料，根据Salisbury屏共振吸收的原理制备得到。为了进一步拓展吸波带宽，通常利用多个Salisbury屏叠加技术，但拓展吸波带宽，是以牺牲可见光透过率为代价的。

不同于ITO膜和金属网栅，石墨烯除了具有超高的透光率外，其本身还具有优异的电学性质，使得石墨烯成为实现高透明的微波吸波材料的一个有效途径。人工超材料结构电磁特性取决于周期性的图案化结构特征而非其化学组成，将人工超材料结构与石墨烯薄膜相结合，可赋予透明高效导电薄膜以雷达波吸收损耗，对电磁防护领域具有重要意义。

M. Grande等人基于Salisbury屏的原理，提出了一种基底为无损高透明无机玻璃（Grande M, et al. Optically transparent microwave screens based on engineeredgraphene layers[J]. Optics Express, 2016, 24(20): 22788-22795.），上下层为石墨烯薄膜的吸波体结构，该吸波体在3.6mm的厚度下实现了在8.5-9.5GHz频段内80%以上的吸收。在可见光范围内，所制备样品的实测透光率大于80%，但是吸波带宽太窄对其应用产生极大的限制。

D. Yi 等人提出了一种可调石墨烯微波吸收器（Yi D, et al. TunableMicrowave Absorber Based on Patterned Graphene[J]. IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques, 2017, 65(8): 2819-2826.），这种吸收器通过石墨烯表面配合堆叠结构或是通过外加强电场改变石墨烯方阻来实现调谐功能，但是这种调谐方法制作成本高昂。

蔡强等人设计了一种石墨烯超材料结构层、空气层和金属层的3层复合结构（蔡强, 等. 石墨烯超材料复合结构的宽带吸波.中国激光，2017，44(10):1003005.），通过利用电磁波在金属层与石墨烯超材料结构层间进行多次振荡，实现了高吸收率条件下工作带宽的扩展。然而，当要求吸波率大于90%时，其吸波带宽太窄使其应用场景受到极大的限制。

因此，研制一种超材料结构的可视、超薄、宽频特点的吸波材料已成为当前的紧迫课题。