基于超薄导体的半透明电磁干扰屏蔽的制作方法

基于超薄导体的半透明电磁干扰屏蔽
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年3月1日提交的美国临时申请第62/812,706号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于通过使用电磁屏蔽件在透射可见光的情况下进行宽带电磁干扰(electromagnetic interference，emi)屏蔽的方法，该电磁屏蔽件包括柔性叠层，该柔性叠层具有包含银(ag)和铜(cu)的连续超薄金属膜以及包括导电介电材料的至少两个层。


背景技术：

4.本部分提供与本公开有关的、不一定是现有技术的背景信息。
5.信息技术的显著进步，尤其是采用微波无线通信和高度集成电路的现代电子产品的迅速兴起，已经产生了显著的电磁能量污染，也称为电磁干扰(emi)。emi会导致广泛的工业、民用、商业和科学研究应用(例如航空航天、飞机、汽车和卫星通信仪器)中使用的电子系统的不可接受的故障。此外，据报道，长期暴露于强烈的电磁辐射可能会造成健康危害，包括癌症和失眠。因此，最小化或消除暴露于不利电磁波以保护电子系统操作(包括敏感电路)并保持健康的生活环境是有利的。
6.同样地，对高性能电磁干扰(emi)屏蔽的需求增加，例如可以减少不期望辐射的微波频率吸收器(微波吸收器(microwave absorber，ma))。微波吸收器(ma)还可以增强能量收集效率并且改善探测器灵敏度等。鉴于各种光电装置的普遍使用，包括可穿戴传感器和智能手机以及相关的复杂电磁环境，emi屏蔽技术变得更加重要。然而，许多传统的电磁屏蔽装置是不透明的，这限制了它们在需要高可视透明度的光学应用中的使用。因此，在许多应用中，例如飞机的窗和显示器、航天探测设施、液晶显示器(liquid crystal display，lcd)、移动通信装置以及用于医疗和电子安全领域的光学检测装置，都需要电磁屏蔽件/微波吸收器来提供高可见光透射率并且同时地衰减微波透射。
7.最近，通过工程材料结构实现了所谓的超材料(meta
‑
materials)，可以操纵有效的介电常数和磁导率，从而控制微波响应，例如透射和反射。已经表明，可以通过由阻抗匹配最小化反射来获得半透明微波超材料吸收器。尽管超材料为完美的微波吸收提供了巨大潜力，但它们的应用在很大程度上受到不期望的窄带性能的限制，这意味着它们只可以阻挡或衰减窄的选定波长范围。然而，横跨波长的宽射频带降低电磁干扰(emi)而不是在窄的频带上降低电磁干扰(emi)更有利于消除日益复杂的电磁环境的不利影响。此外，机械灵活性差和制造复杂性显著地限制了超材料吸收器和其他类似的吸收器在柔性电子产品中的使用。开发具有高光学透明度和强电磁波衰减的emi屏蔽装置将是期望的。进一步地，非常需要良好的机械灵活性，以便可以以可扩展和低成本的方式制造emi屏蔽装置。


技术实现要素：

8.本部分提供了本公开的一般概述，而不是本公开的全部范围或所有特征的全面公开。
9.在某些方面，本公开涉及一种用于宽带电磁干扰(emi)屏蔽的方法，该方法包括在电磁辐射的透射路径中设置电磁屏蔽件。该方法包括利用电磁屏蔽件阻挡大于或等于约600mhz至小于或等于约90ghz的频率范围、以达到大于或等于20db的屏蔽效率(shielding efficiency)，而通过电磁屏蔽件透射大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的波长范围、以达到大于或等于约65％的平均可视透射效率(average visible transmission efficiency)。电磁屏蔽件包括柔性叠层，该柔性叠层包括连续金属膜，该连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻(sheet resistance)，该连续金属膜对该波长范围基本上是透明的。柔性叠层还包括第一导电层，该第一导电层设置成与连续金属膜的第一侧相邻。第一导电层包括导电介电材料，该导电介电材料选自由以下组成的组：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第二导电层设置成与连续金属膜的第二侧相邻。第二导电层包括导电介电材料，该导电介电材料选自由以下组成的组：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。
10.在一个方面，电磁屏蔽件还包括石墨烯层。
11.在一个方面，石墨烯层包括至少一种掺杂剂。
12.在一个方面，电磁屏蔽件还包括至少一个间隔件层，该间隔件层包括设置在石墨烯层与柔性叠层的第二导电层之间的介电材料。
13.在一个方面，至少一个间隔件层具有对应于在大于或等于约800mhz至小于或等于约90ghz的频率范围内的电磁辐射的峰值波长的四分之一的厚度。
14.在一个方面，该阻挡为针对大于或等于约8ghz至小于或等于约40ghz的频率范围、以达到大于或等于26db的屏蔽效率。
15.在一个方面，电磁屏蔽件还包括石墨烯层，该石墨烯层与柔性叠层一起限定谐振腔体(resonator cavity)，使得该阻挡包括吸收谐振腔体内大于或等于约800mhz至小于或等于约90ghz的频率范围，使得电磁屏蔽件的反射率小于或等于约1％。
16.在一个方面，屏蔽效率大于或等于20db，而平均可视透射效率大于或等于约85％。
17.在一个方面，屏蔽效率大于或等于30db，而平均可视透射效率大于或等于约80％。
18.在一个方面，屏蔽效率大于或等于50db，而平均可视透射效率大于或等于约65％。
19.在一个方面，第一导电层具有小于或等于约45nm的厚度，并且第二导电层具有小于或等于约45nm的厚度。
20.在一个方面，柔性叠层还包括基材，该基材对这些波长范围是透射性的。
21.在一个方面，在大于或等于约250次弯曲循环后，柔性叠层具有小于或等于20ohm/平方的薄层电阻(r
s
)。
22.本公开还涉及一种用于宽带电磁屏蔽的方法，该方法包括在电磁辐射的透射路径中设置电磁屏蔽件。电磁屏蔽件阻挡大于或等于约800mhz至小于或等于约90ghz的频率范
围、以达到大于或等于20db的屏蔽效率，而通过电磁屏蔽件透射大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的波长范围、以达到大于或等于约65％的平均可视透射效率。电磁屏蔽件包括第一柔性叠层和第二柔性叠层。第一柔性叠层包括第一连续金属膜，该第一连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该第一连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻，该第一连续金属膜对该波长范围基本上是透明的。第一柔性叠层还包括第一导电层，该第一导电层设置在第一连续金属膜的第一侧上。第一导电层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第二导电层设置在第一连续金属膜的第二侧上。第二导电层包括自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第二柔性叠层包括第二连续金属膜，该第二连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该第二连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻，该第二连续金属膜对该波长范围基本上是透明的。第二柔性叠层还包括第三层，该第三层设置在第二连续金属膜的第一侧上。第三层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第二柔性叠层还包括第四层，该第四层设置在第二连续金属膜的第二侧上。第四层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。包括介电材料的间隔层也设置在第一柔性叠层与第二柔性叠层之间。
23.在一个方面，间隔层具有对应于在大于或等于约800mhz至小于或等于约90ghz的频率范围内的电磁辐射的峰值波长的四分之一的厚度。
24.在一个方面，屏蔽效率大于或等于30db，而平均可视透射效率大于或等于约80％。
25.在一个方面，屏蔽效率大于或等于50db，而平均可视透射效率大于或等于约65％。
26.本公开还涉及一种电磁干扰(emi)屏蔽件，该电磁干扰屏蔽件包括第一柔性叠层，该第一柔性叠层包括第一连续金属膜，该第一连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该第一连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻，该第一连续金属膜对在大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的波长范围基本上是透明的。第一柔性叠层还包括第一导电层，该第一导电层设置在第一连续金属膜的第一侧上。第一导电层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第一柔性叠层还包括第二导电层，该第二导电层设置在第一连续金属膜的第二侧上。第二导电层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。还包括第二柔性叠层，该第二柔性叠层包括第二连续金属膜，该第二连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该第二连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻，该第二连续金属膜对在大于或
等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的波长范围基本上是透明的。第二柔性叠层还包括第三层，该第三层设置在第二连续金属膜的第一侧上。第三层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第四层设置在第二连续金属膜的第二侧上。第四层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。包括介电材料的间隔层设置在第一柔性叠层与第二柔性叠层之间。
27.在其他方面，本公开涉及一种电磁干扰(emi)屏蔽件，该电磁干扰屏蔽件包括连续金属膜，该连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻。第一导电层设置为与连续金属膜的第一侧接触。第一导电层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第二导电层设置为与连续金属膜的第二侧接触，其中第二导电层包括选自由以下组成的组的导电介电材料：铟锡氧化物、铝锡氧化物、铟锡氧化物、氟掺杂锡氧化物、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。间隔层包括与第二导电层相邻的介电材料。石墨烯层与间隔层相邻。
28.在一个方面，电磁干扰(emi)屏蔽件还包括电选通系统(electrical gatingsystem)，该电选通系统包括第一端子、第二端子以及电压源，该第一端子与石墨烯层电连通，该第二端子与连续金属膜电连通，该电压源与第一端子和第二端子电连通。
29.在一个方面，石墨烯层包括至少一种掺杂剂。
30.在一个方面，石墨烯层是第一石墨烯层，并且电磁干扰(emi)屏蔽件还包括第二石墨烯层。
31.在一个方面，间隔层具有对应于在大于或等于约800mhz至小于或等于约90ghz的频率范围内的电磁辐射的峰值波长的四分之一的厚度。
32.在一个方面，连续金属膜具有小于或等于约10nm的厚度，第一导电层具有小于或等于约45nm的厚度、并且第二导电层具有小于或等于约45nm的厚度。
33.在一个方面，电磁干扰(emi)屏蔽件的屏蔽效率大于或等于30db，而通过电磁干扰(emi)屏蔽件在大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的波长范围的平均透射效率大于或等于约80％。
34.本公开还涉及一种用于宽带电磁屏蔽的方法，该方法包括在电磁辐射的透射路径中设置电磁屏蔽件以阻挡大于或等于约800mhz至小于或等于约90ghz的频率范围、以达到大于或等于30db的屏蔽效率，而通过电磁屏蔽件透射在大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的波长范围、以达到大于或等于约80％的平均透射效率。电磁屏蔽件包括连续金属膜，该连续金属膜限定第一侧和相反的第二侧，并且该连续金属膜包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)、具有小于或等于约10nm的厚度、具有小于或等于约20ohm/平方的薄层电阻。第一导电层设置为与连续金属膜的第一侧接触。第一导电层包括选自由以下组成的组的导电材料：铟锡氧化物、铝锌氧化物(azo)、铟锌氧化物(izo)、氟掺杂锡氧化物(fto)、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。第二导电层设置为与连续金属膜的第二侧接触。第二导电层包括选自由以下组成的组的导电
材料：铟锡氧化物、铝锌氧化物(azo)、铟锌氧化物(izo)、氟掺杂锡氧化物(fto)、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。电磁屏蔽件还包括间隔层，该间隔层包括与第二导电层相邻的介电材料、以及与间隔层相邻的石墨烯层。
35.其他应用领域将从本文提供的描述中变得显而易见。本概述中的描述和具体实施例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
36.本文描述的附图仅用于选定实施方案的说明性目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
37.图1示出了根据本公开某些方面的具有叠层的透明电磁干扰(emi)屏蔽装置的示意图，该叠层包括两侧是第一导电透明抗反射层和第二导电透明抗反射层的超薄导电银合金。
38.图2示出了根据本公开某些方面制备的透明电磁干扰(emi)屏蔽装置的示意图，该透明电磁干扰(emi)屏蔽装置具有限定谐振腔体的叠层组件，该叠层组件包括如图1中的叠层并且还包括间隔层和第二导电有损层。
39.图3示出了根据本公开某些方面制备的透明电磁干扰(emi)屏蔽装置的示意图，该透明电磁干扰(emi)屏蔽装置具有限定如图2中的谐振腔体的叠层组件，但还包括与超薄导电银合金和第二导电层电连通的电选通系统。
40.图4示出了根据本公开某些方面的具有双叠层的透明电磁干扰(emi)屏蔽装置的示意图，各叠层包括超薄导电银合金，该超薄导电银合金两侧是第一导电透明抗反射层和第二导电透明抗反射层。
41.图5示出了用于共溅射银和导电金属(例如，铜)的设备、以形成连续超薄导电银合金、用于与本公开的电磁干扰屏蔽装置的某些变型一起使用。
42.图6a
‑
6e。图6a示出了针对本公开各个方面使用的超薄银合金膜、作为薄层电阻(r
s
)的函数的计算的电磁干扰(emi)屏蔽效能(shielding effectiveness,se)。图6b示出了pet基材上的叠层的示意图，该叠层包括包围cu掺杂ag层的两个ito层。图6c示出了针对具有8nm厚cu掺杂ag的各种厚度的顶部ito层和底部ito层的计算的电磁干扰屏蔽装置(emags)膜的平均可视透射率。图6d和图6e示出了根据本公开某些方面制备的8nm cu掺杂ag膜和emags膜叠层的sem图像。
43.图7a(1)
‑
7d。图7a(1)示出了根据本公开某些方面制备的具有良好透明度的emags叠层膜。图7a(2)是折叠的情况下的emags膜，示出了出色的柔性。图7b示出了根据本公开某些方面通过卷对卷工艺(roll
‑
to
‑
roll process)制造的pet上的大面积(200cm
×
50cm)透明emags叠层膜。图7c示出了emags叠层、cu掺杂ag(8nm)、ito(40nm)和pet基材从300nm至1000nm的透射率，图7d示出了emags叠层、cu掺杂ag(8nm)、ito(40nm)和pet基材从300nm至1000nm的反射光谱。
44.图8a
‑
8d示出了emags叠层、双叠层emags组件、由四分之一波长间隔层分隔的双叠层emags、cu掺杂ag(8nm)、ito(40nm)和pet膜的测量的emi se结果。图8a示出了x波段(8
‑
12ghz)结果，图8b示出了k
u
波段结果(12
‑
18ghz)，图8c示出了k波段(18
‑
26.5ghz)结果，图8d示出了k
a
波段结果(26.5
‑
40ghz)。
45.图9a
‑
9g(4)示出了根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽emags叠层膜的、作为入射频率的函数的测量的微波反射(r)和吸收(a)。更具体地，在x波段(8
‑
12ghz)(图9a)、k
u
波段(12
‑
18ghz)(图9b)、k波段(18
‑
26.5ghz)(图9c)、k
a
波段(26.5
‑
40ghz)(图9d)中测量的电磁干扰屏蔽emags叠层膜的微波反射(r)和吸收(a)。图9e示出了使用cst微波工作室在12ghz下计算的ito/cu掺杂ag/ito结构的各层内的功率损耗密度。图9f示出了1)cu掺杂ag、2)ito/cu掺杂ag和3)ito/cu掺杂ag/ito结构的从r和a计算的屏蔽贡献。使用cst微波工作室在12ghz下模拟的图9g(1)空气、图9g(2)ito、图9g(3)ito/cu掺杂ag和图9g(4)ito/cu掺杂ag/ito结构的结构内的功率流。
46.图10a
‑
10d。图10a是在pet基材上的、根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽emags叠层和ito(40nm)作为6mm弯曲半径下弯曲循环的函数的测量的薄层电阻(r
s
)。插图是弯曲系统的示意图。图10b是示出了电磁干扰屏蔽emags叠层和ito膜作为相同弯曲半径下弯曲循环的函数在12ghz下的emi se曲线图。插图示出了相应薄膜在250次弯曲后的sem图像。电磁干扰屏蔽emags和ito膜作为针对横向磁(tm)波(图i0c)和横向电(te)波(图10d)的弯曲半径的函数在12ghz下的emi se。插图示出了两种极化的电场和磁场相对于裂纹线的取向。
47.图11a
‑
11b是示出了在3mm弯曲半径下、250次弯曲循环后根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽叠层膜(emags膜)(图11a)和ito膜(厚度为40nm)(图11b)的裂纹的扫描电子显微镜(sem)图像。图11a和图11b中的白色箭头表示膜上的裂纹线。
48.图12示出了对于电磁干扰屏蔽单叠层设计(emags)电磁干扰屏蔽双叠层设计(d
‑
emags)与先前报道的透明屏蔽材料的性能相比、在可见光范围内的电磁干扰(emi)平均屏蔽效能(se)和平均光透射率的比较。
49.图13a
‑
13e。图13a示出了用作微波吸收器(ma)的透明电磁干扰(emi)屏蔽装置的示意图。图13b示出了说明入射微波的多次反射的概念图。图13c(1)
‑
13c(3)示出了在二氧化硅基材上cvd生长的石墨烯的sem(图13c(1))和afm(图13c(2))图像。图13c(3)示出了在二氧化硅基材上石墨烯的拉曼光谱(532nm激光波长)。图13d示出了pet基材上的ito/cu掺杂ag/ito的sem和afm图像。图13e示出了根据本公开某些方面形成的厘米级二氧化硅、二氧化硅基材上的石墨烯以及透明电磁干扰(emi)屏蔽叠层的照片，所有这些都显示出良好的透明度。图中的比例尺全部为1μm。
50.图14示出了石墨烯膜的合成和转移的工艺的流程图。
51.图15a
‑
15d。图15a示出了pet基材上的、包括石墨烯、透明介电间隔层和金属膜的透明电磁干扰(emi)微波吸收器的计算模型的示意图。图15b示出了石墨烯在微波区域的复折射率(n和k)以及使用公式4计算出的完美吸收点。作为石墨烯费米能级(图15c)和透明介电厚度(图15d)的函数从1ghz至30ghz计算的微波吸收光谱。
52.图16a
‑
16f。图16a
‑
16f示出了对于根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽gds腔体作为在x波段和k
u
波段中二氧化硅厚度的函数的微波吸收光谱。图16a
‑
16b示出了使用tmm(μ
c
＝0.3ev、γ＝20ps)的模型计算。图16c
‑
16d示出了cst模拟(μ
c
＝0.3ev、γ＝20ps)。图16e
‑
16f示出了实验结果。
53.图17a
‑
17b。图17a是计算的电场分布，图17b是在预定频率下在整个透明电磁干扰(emi)叠层腔体(具有由二氧化硅层分隔的顶部石墨烯层和底部ag层的gds腔体)内的计算
的吸收功率分布。
54.图18a
‑
18b。图18a示出了0.5mm和1mm二氧化硅层、pet基材上的ito/cu
‑
ag/ito和单层石墨烯的光学透射光谱。图18b示出了根据本公开某些方面形成的、具有不同二氧化硅厚度的透明电磁干扰(emi)gds谐振腔体的光学透射光谱。
55.在附图的几个视图中，对应的附图标记指示对应的部件。
具体实施方式
56.提供示例性实施方案使得本公开将是透彻的，并且本公开的范围将充分地传递给本领域技术人员。阐述了许多具体细节(例如具体组合物、部件、设备和方法的实施例)以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员而言将显而易见的是：没有必要采用的具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式实施，并且具体细节和示例性实施方案均不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，未详细描述公知的工艺、公知的设备结构、和公知的技术。
57.本文中使用的术语仅用于描述特定的示例性实施方案的目的并且不旨在是限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述/该(the)”除非上下文另有明确指示，也可以旨在包括复数形式。术语“包含(comprises)”、“含有(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”是包含性的，因此特指所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。尽管开放式术语“包含”应被理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语可以替代地被理解为是更限制性和约束性的术语，例如“由
……
组成”或“基本上由
……
组成”。因此，对于描述组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由这些描述的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由
……
组成”的情况下，替代实施方案不包括任何附加组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本上由
……
组成”的情况下，实质性影响基础和新颖特征的任何附加组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤被不包含在这种实施方案中，但是在该实施方案中可以包括本质上不影响基础和新颖特征的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤。
58.除非明确地指定了执行顺序，否则本文描述的任何方法步骤、工艺和操作解释不应被解释为必然以所讨论或说明的特定顺序来执行。还应理解的是，除非另有说明，否则可以采用附加或替代步骤。
59.当一个部件、元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合至另一元件或层”、“连接至另一元件或层”或“耦合至另一元件或层”时，该部件、元件或层可以直接在另一部件、元件或层上，接合至、连接至或耦合至另一部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反地，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合至另一元件或层”、“直接连接至另一元件或层”或“直接耦合至另一元件或层”时，则可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”与“直接在
……
之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何组合和所有组合。
60.虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中被用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部段，除非另有说明，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个步骤、元件、部件、区域、层和/或部段与另一步骤、元件、部件、区域、层和/或部段区分开来。当本文中使用时，除非上下文清楚地指明，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字表示的术语并不暗示顺序或次序。因此，在不脱离示例性实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部段可以被称为第二步骤、第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部段。
61.为了便于描述，本文中空间或时间的相关术语(例如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“之下”、“低”、“下”、“之上”和“上”等)可以用以描述附图中说明的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。，空间的或时间的相关术语可以旨在涵盖除了附图中所示的取向之外的设备或系统在使用或操作中的不同取向。
62.贯穿本公开，数值表示范围的近似量度或限制，以涵盖与给定值的微小偏差和具有大约所提及值的实施方案以及那些恰好具有所提及值的实施方案。除了在详细描述的结尾处提供的工作实施例中之外，在本说明书(包括所附权利要求)中的参数的所有数值(例如，数量或条件)，在所有情况下均应被理解为由术语“约”来修饰，无论“约”是否实际出现在该数值之前。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确性(在数值上接近准确；大约或合理地接近该值；几乎)。如果“约”所提供的不精确性在本领域中不被理解为具有该普通含义，那么本文所使用的“约”表示至少可以由测量和使用此类参数的普通方法产生的变化。例如，“约”可包括以下变化：小于或等于5％、可选地小于或等于4％、可选地小于或等于3％、可选地小于或等于2％、可选地小于或等于1％、可选地小于或等于0.5％、并且在某些方面可选地小于或等于0.1％。
63.此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括为范围给出的端点和子范围。
64.如本文所使用的，术语“组合物”和“材料”可互换使用以泛指至少包含优选化学化合物的物质，但其也可包括附加物质或化合物，包括杂质。
65.本公开中参考或引用的所有专利、专利申请、文章和文献的公开内容特此通过引用并入本文。
66.现在将参考附图更全面地描述示例性实施方案。
67.在各个方面，本公开提供了用于宽带电磁干扰(emi)屏蔽的方法。该方法可以包括在电磁辐射的透射路径中设置根据本公开各个方面的电磁屏蔽件。在某些方面，该方法提供了对微波范围内的电磁辐射的宽带阻挡或衰减。例如，该方法可以阻挡具有大于或等于约600mhz至小于或等于约90ghz的频率的电磁辐射。例如，该方法可以阻挡微波范围内(例如具有大于或等于约8ghz至小于或等于约40ghz的频率)的电磁辐射。具有这种频率的电磁辐射可以具有大于或等于约7.5mm(40ghz)至小于或等于约3.75cm(8ghz)的第一波长范围。这种电磁辐射包括微波范围射频段中的频率，包括由ieee指定的整个x波段(约7ghz至约12ghz的频率)、k
u
波段(约12ghz至约18ghz的频率)、k
a
波段(约26.5ghz至约40ghz的频率)和k波段(约18ghz至约27ghz的频率)。如下文将进一步描述的，根据本公开某些方面制备的电磁屏蔽件阻挡或衰减具有这样的频率/第一波长范围的电磁辐射、以达到大于或等于20db的平均屏蔽效率或屏蔽效能(se)。材料的屏蔽效能被定义为入射功率与透射功率的对数
比，并且通常以分贝为单位表示。
68.此外，电磁干扰屏蔽件的通带对应于可见光范围内的第二波长范围，第二波长范围同时地透射通过电磁屏蔽件，而第一波长范围被阻挡通过或衰减通过。通常，可见光具有大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的波长范围。如本领域技术人员将理解的，微波范围内电磁辐射的阻挡量与可见光范围内材料的透明度成反比的。因此，在可见光的高透射率的情况下，微波范围内电磁辐射的阻挡量将相对较少。相反地，在微波辐射的阻挡量相对较高的情况下，可见光透射水平将相对较低。在某些变型中，如下文将进一步描述的，当从大于或等于约600mhz至小于或等于约90ghz的微波辐射的平均屏蔽效率大于或等于20db时，通过电磁屏蔽件的、具有第二波长范围的可见光的平均透射效率可以大于或等于约65％。在某些其他变型中，当从大于或等于约600mhz至小于或等于约90ghz的微波辐射的平均屏蔽效率大于或等于20db时，通过电磁屏蔽件的、具有第二波长范围的可见光的平均透射效率可以大于或等于约70％，可选地大于或等于约75％，可选地大于或等于约80％，并且在某些方面，当对于从大于或等于约600mhz至小于或等于约90ghz的微波辐射的平均屏蔽效率大于或等于20db时，可选地大于或等于约85％。在某些变型中，微波辐射的平均屏蔽效率大于或等于30db，而可见光的平均可视透射效率大于或等于约80％，可选地，平均屏蔽效率大于或等于50db，而平均可视透射效率大于或等于约65％。在一种变型中，如下文将进一步描述的，当从大于或等于约600mhz至小于或等于约90ghz的微波辐射的平均屏蔽效率大于或等于20db时，通过电磁屏蔽件的、具有第二波长范围的可见光的平均透射效率可以大于或等于约85％。在另一种变型中，如下文将进一步描述的，当从大于或等于约8ghz至小于或等于约40ghz的微波辐射的平均屏蔽效率大于或等于26db时，通过电磁屏蔽件的、具有第二波长范围的可见光的平均透射效率可以大于或等于约85％。
69.在各个方面，电磁屏蔽件是叠层20，如图1所示的叠层20。叠层20包括基材30。叠层20包括限定了第一侧42和与该第一侧相反的第二侧44的超薄金属层40。第一层50设置在超薄金属层40的第一侧42上。第一层可以由对电磁辐射的期望波长范围(例如，可见光)透明的导电层形成。第一层50可以与超薄金属层40的第一侧42直接接触。第二层52设置在超薄金属层40的第二侧44上。第二层52可以由对电磁辐射的期望波长范围(例如，可见光)透明的导电层形成。第二层52同样可以与超薄金属层40的第二侧44直接接触。在某些变型中，第一层50具有小于或等于约45nm的厚度，并且第二层52具有小于或等于约45nm的厚度。第一层50的厚度可以大于或等于约3nm至小于或等于约45nm，可选地大于或等于约35nm至小于或等于约45nm，并且在某些变型中，第一层50的厚度可以为约40nm。同样地，第二层52的厚度可以大于或等于约3nm至小于或等于约45nm，可选地大于或等于约35nm至小于或等于约45nm，并且在某些变型中，第二层52的厚度可以为约40nm。
70.在某些方面，本公开提供的叠层是柔性的并且因此能够沿着一个或多个轴线显著伸长、挠曲(flexing)、弯曲或其他变形。术语“柔性”可以指的是材料、结构或部件在不经历引入显著应变(例如指示材料、结构或部件的破损点的应变)的永久变化的情况下变形(例如，变形成弯曲形状)的能力。值得注意的是，令人惊讶地发现，尽管在根据本技术某些方面制备的屏蔽装置中包含一层或多层潜在的脆性材料(例如，铟锡氧化物)作为第一层50和第二层52，具有多种材料的叠层仍然出人意料地表现出柔性。
71.本领域技术人员可以选择对可见光具有高透射性的任何已知基材30。基材的合适
示例包括玻璃系基材或聚合物基材。在某些方面，基材可以是柔性的。例如，合适的聚合物基材可选地包括：聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯、或聚(2,6
‑
萘二甲酸乙二醇酯)(pen)；聚碳酸酯；聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸乙酯；以及硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷(pdms)等。在其他变型中，作为非限制性示例，基材可以包括二氧化硅和硅等。
72.超薄金属层40是包含银(ag)的连续膜。银(ag)由于其优良的导电性和可视波段中的低光损耗而被广泛地使用；然而，连续的薄银膜难以实现并且在沉积期间或之后大多形成不连续的膜。连续金属膜还可以包含有助于形成连续且光滑的银合金层的另一种导电金属(例如，铜(cu))。超薄金属层40期望地在具有高温稳定性的情况下是光滑且连续的、表现出低光损耗和低电阻。此类膜可以在不施加任何晶种层或不需要特定的有限制造条件的情况下容易地制造。
73.在某些方面，根据本公开某些方面的超薄金属层40提供了包含总膜组合物的大于或等于约80原子％的银(ag)的导电薄膜。薄膜组合物还包含不同于银(ag)的导电金属。在某些变型中，不同的导电金属可以包括铜(cu)。在替代变型中，导电金属可以选自由以下组成的组：铝(al)、金(au)、铂(pt)、钯(pd)、钛(ti)、镍(ni)、铬(cr)、金(au)、镁(mg)、钽(ta)、锗(ge)、或其组合。
74.在某些变型中，导电超薄金属层40可以包含超薄金属层40的总组合物的大于或等于约80原子％的银，而导电金属(例如，铜)可以以总膜组合物的大于0原子％至小于或等于约20原子％存在。在某些变型中，银可以以总膜组合物的大于或等于约90原子％存在，并且导电金属(例如，铜)可以以总膜组合物的大于或等于0原子％至小于或等于约10原子％存在。
75.在某些变型中，导电金属(例如，铜)可选地以总膜组合物的大于或等于约1原子％至小于或等于约20原子％存在，并且可选地以大于或等于约1原子％至小于或等于约10原子％存在。银可以以大于或等于总膜组合物的约80原子％至小于或等于约99原子％存在。在某些变型中，导电金属(例如，铜)可选地以总膜组合物的大于或等于约1原子％至小于或等于约15原子％存在，而银可以以总膜组合物的大于或等于约85原子％至小于或等于约99原子％存在。在某些变型中，导电金属(例如，铜)可选地以总膜组合物的大于或等于约2原子％至小于或等于约10原子％存在，而银可以以总膜组合物的大于或等于约90原子％至小于或等于约98原子％存在。这种超薄金属层40可以通过如在guo等人的标题为“用于光电子学和光子学应用的超薄掺杂贵金属膜(ultra
‑
thin doped noble metal films for optoelectronics and photonics applications)”的美国专利公开第2017/0200526号中描述的技术制备，该专利公开的相关部分通过引用并入本文。
76.如在美国专利公开第2017/0200526号中讨论的，少量的导电金属(例如铝)使得掺杂ag膜光滑且具有亚纳米rms粗糙度。在美国专利公开第2017/0200526号描述了铝或其他导电金属的使用的情况下，银的铜掺杂似乎类似地提供了具有减少粗糙度的光滑表面。掺杂ag膜的超光滑表面形态在室温和高温下都非常稳定。然而，包含超过20原子％的大量导电金属(例如，铜)可能不利地减少银系膜的光学损耗、导电性和/或透明度。根据本公开某些方面制备的铜掺杂银膜提供了高导电性的超薄层，即使与其他掺杂银膜(如，铝掺杂膜)相比也是如此。
77.在某些方面，“超薄”层或膜可以具有小于或等于约25nm的厚度。在某些变型中，超薄金属层的厚度大于或等于约2nm且小于或等于约20nm；可选地大于或等于约3nm至小于或等于约20nm，可选地大于或等于约3nm至小于或等于约15nm，可选地大于或等于约3nm至小于或等于约10nm，并且可选地大于或等于约5nm至小于或等于约10nm。
78.此外，在各个方面，包含ag和导电金属(例如，铜)的薄膜具有光滑表面。“光滑”表面指的是测量的表面粗糙度(例如，从峰至谷)的均方根(rms)小于或等于总膜厚度的约25％，可选地小于或等于总膜厚度的约20％，可选地小于或等于总膜厚度的约15％，可选地小于或等于总膜厚度的约14％，可选地小于或等于总膜厚度的约13％，可选地小于或等于总膜厚度的约12％，可选地小于或等于总膜厚度的约11％，可选地小于或等于总膜厚度的约10％，可选地小于或等于总膜厚度的约9％，可选地小于或等于总膜厚度的约8％，可选地小于或等于总膜厚度的约7％，可选地小于或等于总膜厚度的约6％，并且在某些变型中，可选地小于或等于总膜厚度的约5％。
79.如本领域技术人员所理解的，确定膜的光滑度是相对的并且取决于膜的整体厚度，如果膜较厚，则较大量均方根(rms)的表面粗糙度的情况下仍然可以被认为是光滑的。在某些变型中，在膜的整体厚度为至少约10nm的情况下，包含银和导电金属(例如，铜)的膜的光滑表面具有小于或等于约1nm均方根(rms)的表面粗糙度。在其他变型中，在膜的整体厚度为至少约10nm的情况下，光滑表面的表面粗糙度小于或等于约0.5nm均方根(rms)。
80.本公开的包含ag和第二导电金属(如cu)的导电薄膜的薄层电阻(r
s
)可以小于或等于约25ohm/平方、可选地小于或等于约20ohm/平方、可选地小于或等于约15ohm/平方、可选地小于或等于约13ohm/平方、可选地小于或等于约10ohm/平方、可选地小于或等于约5ohm/平方、可选地小于或等于约4ohm/平方、可选地小于或等于约3ohm/平方、可选地小于或等于约2ohm/平方、以及可选地小于或等于约1ohm/平方。
81.如上所述，本公开的导电超薄金属层能够透射电磁波谱的选定部分(例如，可见光)，因此被认为是透明或半透明的。透明通常可以涵盖半透明，并且通常可以理解为意味着大于或等于约50％的预定目标波长或波长范围(可以是偏振或非偏振)的光/能量穿过导电超薄金属层。在某些变型中，大于或等于约60％的目标波长范围穿过薄膜，可选地大于或等于约65％、可选地大于或等于约70％、可选地大于或等于约75％、可选地大于或等于约80％、可选地大于或等于约85％、可选地大于或等于约90％、可选地大于或等于约95％、并且在某些变型中可选地大于或等于约97％的目标波长范围穿过导电超薄金属层。对于某些应用，例如手机和移动装置上的显示器、车辆挡风玻璃以及航空航天仪器中的高级光学部件，通常需要80％以上、甚至90％以上的光学透射率水平。
82.在某些方面，导电超薄金属层可以反射电磁波谱的某些选定部分，因此是反射性或半反射性的。反射性通常可以涵盖半反射性，并且通常可以理解为意味着大于或等于约50％的预定目标波长或波长范围(可以是偏振或非偏振的)的光/能量从表面反射，因此不穿过导电超薄金属层。在某些变型中，从超薄金属层反射的大于或等于约60％的目标波长(或波长范围)、可选地大于或等于约70％的目标波长、可选地大于或等于约75％的目标波长、可选地大于或等于约80％的目标波长、可选地大于或等于约85％的目标波长、可选地大于或等于约90％的目标波长、可选地大于或等于约95％的目标波长、并且在某些变型中可选地大于或等于约97％的目标波长由本公开的导电超薄金属层反射。
83.在某些变型中，导电超薄金属层对可见光范围内的电磁波是透明的，而对微波辐射范围内的电磁波是反射性的。透明是指导电超薄金属层对于电磁能的目标波长范围(例如，在可见波长范围内)是可透射的。反射性是指导电超薄金属层反射电磁能的预定波长范围(例如，在微波范围内)的显著部分。
84.包含银和导电金属(如铜)的导电超薄金属层可以是柔性的(例如，能够弯曲而没有力学破损)。如上所述，柔性材料可以沿着一个或多个轴弯曲、挠曲或变形而不会经历引入显著应变(例如指示材料、结构或部件的失效点的应变)的永久变化。进一步地，在大于或等于约100次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约250次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约500次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约1,000次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约2,500次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约5,000次弯曲循环之后、并且在某些变型中可选地在大于或等于约10,000次弯曲循环之后，本公开的电磁干扰(emi)屏蔽件可以表现出由小于或等于20ohm/平方的薄层电阻(r
s
)表示的电导率。在某些变型中，在大于或等于约100次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约250次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约500次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约1,000次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约2,500次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约5,000次弯曲循环之后、并且在某些变型中可选地在大于或等于约10,000次弯曲循环之后，薄层电阻(r
s
)小于或等于15ohm/平方。在其他变型中，在电磁干扰(emi)屏蔽件的大于或等于约100次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约250次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约500次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约1,000次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约2,500次弯曲循环之后、可选地在大于或等于约5,000次弯曲循环之后、并且在某些变型中可选地在大于或等于约10,000次弯曲循环之后，薄层电阻(r
s
)小于或等于10ohm/平方。
85.在各个方面，本公开提供了用于宽带电磁干扰(emi)屏蔽的方法。该方法可以包括在电磁辐射的波束的透射路径中设置电磁屏蔽件。以这种方式，电磁屏蔽件阻挡大于或等于约8ghz至小于或等于约40ghz的频率范围、以达到大于或等于26db的屏蔽效率。进一步地，电磁屏蔽件透射在大于或等于约390nm至小于或等于约740nm的可视范围内的第二波长范围、以达到大于或等于约85％通过电磁屏蔽件的平均透射效率。
86.如上所述，电磁屏蔽件可以是包括多个层的柔性叠层。在某些变型中，电磁屏蔽件包括限定第一侧和第二相反侧的连续导电金属膜或层，并且该连续导电金属膜或层包含大于或等于约80原子％的银(ag)和小于或等于约20原子％的铜(cu)。在某些变型中，连续金属膜是具有以上指定的任何厚度(例如，小于或等于约10nm)的超薄金属层。在某些其他变型中，连续超薄金属层具有小于或等于约8nm的厚度。连续超薄金属层还是导电的，并且可以具有小于或等于约20ohm/平方或以上指定的任何值的薄层电阻。
87.通过在具有相邻导电介电抗反射材料层的叠层中采用超薄金属层，可以在不增加金属层厚度的情况下提高光透射率。同样地，该叠层可以包括设置在连续超薄金属膜的第一侧42上的第一层50。第一层50可以由对电磁辐射的期望波长范围(例如，可见光)透明的材料形成。这种第一层50可以作为光学抗反射层。进一步地，第一层50可以由导电的、并且可以是介电材料的材料形成。在某些方面，第一层50包括透明导电氧化物，例如选自由以下组成的组的材料：铟锡氧化物(ito)；掺杂锌氧化物，例如铝锌氧化物(azo)、铟锌氧化物(izo)；掺杂锡氧化物，例如氟掺杂锡氧化物(fto)；及其混合物。在其他方面，第一层50包括
导电介电聚合物材料，例如可以与聚苯乙烯磺酸盐结合的聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)。在选择变型中，第一层50包括选自由以下组成的组的导电材料：铟锡氧化物、铝锌氧化物(azo)、铟锌氧化物(izo)、氟掺杂锡氧化物(fto)、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。在进一步选择变型中，第一层50包括铟锡氧化物(ito)。就铟掺杂锡氧化物而言，与其他导电介电材料(如，铝掺杂锌氧化物、铟掺杂锌氧化物、和聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)相比，ito在期望的光学范围内对铜掺杂ag膜具有特别期望的折射率的情况下提供了高导电性。
88.进一步地，第二层52设置在连续超薄金属膜40的第二侧44上。第二层52可以由适合于第一层50中使用的相同材料形成，例如，第二层52可以由对电磁辐射的期望波长范围(例如，可见光)透明的介电材料的材料形成，该材料同样可以作为光学抗反射层，该光学抗反射层也可以是导电的。第一层50和第二层52可以具有彼此相同的组合物或彼此不同的组合物。第二层52可选地包括透明导电氧化物，例如，选自由以下组成的组的材料：铟锡氧化物(ito)；掺杂锌氧化物，例如铝锌氧化物(azo)、铟锌氧化物(izo)；掺杂锡氧化物，例如氟掺杂锡氧化物(fto)；及其混合物。在其他方面，第二层52包括导电介电聚合物材料，例如可以与聚苯乙烯磺酸盐结合的聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)。在选择变型中，第二层52包括选自由以下组成的组的导电材料：铟锡氧化物、铝锌氧化物(azo)、铟锌氧化物(izo)、氟掺杂锡氧化物(fto)、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)、及其混合物。在进一步选择变型中，第二层52包括铟锡氧化物(ito)。
89.在某些变型中，柔性叠层还包括至少一个第二导电有损石墨烯层，使得电磁干扰屏蔽装置基于非对称法布里
‑
珀罗谐振腔体(asymmetric fabry
‑
p
é
rot resonant cavity)。法布里
‑
珀罗谐振腔体或校准器是干扰滤波器，其操作在guo等人的标题为“具有最小角度相关性的视觉显示和成像的频谱滤波(spectrum filtering for visual displays and imaging having minimal angle dependence)”的美国专利第9,261,753号中进行了总体描述，该专利的相关部分通过引用并入本文。
90.图2示出了根据本公开某些方面制备的基于法布里
‑
珀罗滤波器的电磁干扰屏蔽件100的一般操作原理。电磁辐射源被引导朝向屏蔽件100，使得屏蔽件被放置在电磁辐射的透射路径中。更具体地，具有可见光分量(具有对应于可见光范围的第一范围内的波长)和第二分量(具有对应于微波范围的波长/频率)的电磁波110接近屏蔽件100。
91.屏蔽件100包括具有多个层的叠层组件120的部件。从图2中可以看出，叠层组件120包括类似于图1中所示的叠层20的部件。就部件达到在叠层组件120和叠层20之间共享的程度而言，为了简洁起见，本文将不再重复这些部件及其特性的讨论。与第二层52相邻的是间隔层122，该间隔层122可以包括介电材料，例如熔凝硅石或绝缘聚合物层。在某些方面，介电材料具有相对较高的折射率，该折射率优选大于约1.5，可选地大于或等于2，可选地大于或等于约3，并且在某些变型中大于或等于约4。在某些方面，间隔层122可以是待反射或待吸收的第二范围的峰值波长的四分之一波长(λ/4)厚度(例如，从mm至cm的范围)。间隔件可以是无机介电质、有机介电质、或者由两者制成的复合材料。在某些变型中，合适的透明有机材料可选地包括例如：聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)；聚萘二甲酸乙二醇酯或聚(2,6
‑
萘二甲酸乙二醇酯)(pen)；聚碳酸酯；聚丙烯酸酯和聚丙烯酸甲酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯；以及硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷(pdms)等。该
透明有机材料可以是无损的，或者在微波范围内有一定量的吸收。举例来说，可以通过改变介电间隔件的厚度来调整作为谐振腔体运行的叠层组件120的峰值吸收频率。在某些方面，间隔件或间隔层122的厚度可以大于或等于约1mm至小于或等于约10mm。
92.叠层组件120还包括导电有损层124，该导电有损层124包括诸如石墨烯的材料。石墨烯包括具有蜂窝状晶格组织的碳原子。在某些变型中，导电有损层124可以是单层石墨烯，该单层石墨烯可以具有约0.35nm的厚度，或者导电有损层124可以是双层石墨烯、或者具有多层的石墨烯。导电有损层124的整体电导可以随着层数的增加而增加，这改善了微波屏蔽，但是在可视范围透射方面会有一些折衷。应当注意的是，根据本公开某些变型的具有谐振腔体的电磁干扰(emi)屏蔽组件不同于传统的法布里
‑
珀罗腔体。传统的法布里
‑
珀罗谐振器在其反射或透射光谱中表现出高频率选择性特征(高q)，并且在这种情况下，透射过程不涉及任何能量转换或吸收。相比之下，在法布里
‑
珀罗腔体中并入有损石墨烯层的电磁干扰(emi)屏蔽装置的某些变型提供了大量的功率吸收。
93.石墨烯可以包括本领域已知的至少一种掺杂剂。一种或多种掺杂剂的存在可用以调制谐振腔体的尖峰共振(peak resonance)。举例来说，用于石墨烯掺杂的典型化学品可以是n型掺杂剂或p型掺杂剂。n型石墨烯掺杂剂的非限制性示例包括乙醇和/或氨，而p型掺杂剂可以是no2气体。
94.虽然没有示出，但是除了导电有损层124之外，叠层组件还可以包括含有诸如石墨烯的材料的多个导电有损层。这些附加有损层可以战略性地远离叠层20以通过更宽的波长范围来扩展能量的宽带吸收。例如，第一导电有损层可以通过第一间隔层与叠层20间隔开，该第一间隔层具有对应于能量的第一目标波长的四分之一波长的第一距离的厚度，而第二导电有损层可以通过能量的第二目标波长的四分之一波长的第二距离与叠层20间隔开。多个导电有损层可以并入叠层组件120中以瞄准多个目标波长，因此增强和拓宽能量吸收的范围。
95.以这种方式，叠层组件120限定了非对称谐振腔体，其中超薄金属层40两侧是第一层50和第二层52、并且第二导电层124产生与第二部件(具有对应于微波范围的波长/频率)平行的反射表面。这种屏蔽件100具有非对称结构，其中与空气132交界的反射性第二导电层124具有比包括超薄金属层40、第一层50和第二层52的反射性底部叠层高得多的透射率。值得注意的是，超薄金属层40作为屏蔽件100内的反射器起作用。
96.对应于第一分量的电磁能的部分进入叠层组件120，在一对的平行反射表面(如，基于法布里
‑
珀罗的校准器干扰滤光器)之间谐振。电磁能的第一分量/部分(例如，可见光)透射通过第二导电层124、然后通过叠层20，以产生离开过滤器组件30的、具有预定波长范围的过滤输出130。电磁能的第二分量/部分在叠层组件120内的各个点处被反射，使得其在第二导电层124处、在第二层52处或在第一层50处反射，以产生具有预定波长范围的反射输出134。在某些方面，由石墨烯形成的第二导电层124可以吸收反射的输出134。同样地，在存在石墨烯层的情况下，由屏蔽件100的阻挡可以包括吸收谐振腔体内的第二波长范围，使得电磁屏蔽件的反射率小于或等于约5％，可选地小于或等于约1％，并且在某些变型中可选地小于或等于约0.1％。
97.在如电磁屏蔽件100的实施方案中，与图1中所示的实施方案相比，例如在600mhz至小于或等于约90ghz的频率范围内，或者替代地在大于或等于约8ghz至小于或等于约
40ghz的频率范围内，增强了电磁辐射的第二分量的吸收。在某些变型中，第二分量(例如，微波辐射)的平均屏蔽效率大于或等于30db，而电磁辐射(例如，可见光)的第一分量的平均透射效率大于或等于约80％。在另一变型中，第二分量(例如，微波辐射)的平均屏蔽效率大于或等于50db，而第一分量(例如，可见光)的平均透射效率大于或等于约65％。相比之下，大多数商业产品证实了在相对较低的频率(通常低于3ghz)下的屏蔽性能，该屏蔽性能远窄于和低于根据本技术的各个方面制备的电磁干扰屏蔽件所提供的宽带屏蔽效能。
98.在某些其他变型中，如所期望的那样，可以使用电选通来移动改进法布里
‑
珀罗谐振腔体内的峰值谐振的波长。在图3中，示出了电磁干扰屏蔽件100'的一个这样的示例。电磁干扰屏蔽件100'类似于图2中的电磁干扰屏蔽件100，因此在不再讨论它们的程度上，部件或其功能与在图2的上下文中描述的那些相同。叠层组件120'包括间隔层122，该间隔层122可以包括介电材料，例如如上所述的熔凝硅石。叠层组件120'还包括第二导电层124'，该第二导电层124’包括诸如石墨烯的材料。叠层20包括两侧是第一层50和第二层52的导电超薄金属层40。
99.作为谐振腔体运行的叠层组件120'的峰值吸收频率可以通过经由电选通系统150将第二导电层124'选通至导电超薄金属层40来调整。因此，第一导电端子160与第二导电层124'电连通。第二导电端子162与导电超薄金属层40电连通。第一导电端子160和第二导电端子162彼此连接、并且连接至电压源164。每个第一导电端子160和第二导电端子162可以由本领域已知的导电材料(例如，铜、铝、银和金等)形成。以这种方式，可以在电选通系统中施加和改变电压以改变第二导电层124'中石墨烯的特性，从而调制和改变反射的和/或吸收的电磁辐射的波长。选通是指通过施加外部电场对石墨烯等材料的电导率进行场效应调制。所以通过在160和162之间施加不同偏置电压，石墨烯层的电荷密度和电导率可以调整。因此，可以调整石墨烯的相应介电常数，导致石墨烯层的微波吸收的改变。随着腔体中内部损耗变化，相关的吸收峰位置和强度将相应地移动。
100.在某些变型中，电磁干扰屏蔽件作为微波吸收器，该微波吸收器可以在可见光范围内表现出高透明度(大于约65％的平均透射率)并且在k
u
波段中表现出接近一致的吸收(在10ghz带宽的情况下在13.75ghz下约99.5％吸收)。屏蔽装置基于如图2所示的非对称改进法布里
‑
珀罗腔体，该屏蔽装置合并了作为吸收器和反射器的单层石墨烯和超薄(例如，8nm厚)铜掺杂银层，以及熔凝硅石中间介电层。在一个方面，可以通过改变介电间隔件层的厚度来调整谐振腔体的峰值吸收频率。利用电选通，即使当介电层厚度固定时，组件100'的微波吸收范围也可以进一步被调整。因此，本公开考虑了一种用于具有高可视透射率的新型微波吸收器可行的解决方案，该解决方案具有广泛的适用性，包括用于各种光学装置。
101.具有约8nm厚度的超薄金属层包括连续掺杂银(ag)膜，该连续掺杂银膜通过在与ag的共溅射沉积工艺中引入少量铜来形成，如在美国专利公开第2017/0200526号中更充分描述的。
102.在这样的工艺中，例如，在图5所示的磁控溅射装置170中，前体材料靶材(例如第一金属靶材172(例如，ag靶材)和第二金属靶材174(例如，cu靶材))在真空腔室180中分别由来自第一溅射枪176和第二溅射枪178的气体离子(例如氩离子，ar

)轰击。第一溅射枪176和第二溅射枪178分别经由导管182连接至电源184，例如dc电源。离子从第一金属靶材172和第二金属靶材174移走(溅射)材料以在高真空腔室180中形成第一材料流186和第二
材料流188。溅射的第一材料流186和第二材料流188利用磁控管190聚焦并冷凝至接收基材192上、以形成合金膜或涂层194。如图5所示，基材192是可旋转的、以在共沉积期间提供第一金属(例如，ag)和第二金属(例如，cu)的均匀覆盖。进一步地，如图所示，轰击第一金属靶材172的第一溅射枪176可以具有固定量的功率或稳定量的功率，使得溅射的流速保持相对恒定，而第二溅射枪178可以具有可变的功率以在该工艺期间调节来自第二金属靶材174的第二金属的溅射速率、以允许存在于沉积膜或涂层194中的第二金属的量的调节。因此，在一个示例中，第一溅射枪176可以具有300w的固定功率水平，而第二溅射枪178具有可变功率。真空腔室180还具有用于监控沉积工艺的观察窗196和计量器198。应该注意的是，介电的且薄的掺杂金属层可以在卷对卷溅射工具中以连续方式顺序地沉积在柔性塑料网上，从而为大批量生产提供高生产量。
103.在替代工艺(诸如，cvd或热cvd工艺)中，前体在预定的温度范围内反应并且被朝向基材引导。cvd沉积也可以是等离子体辅助的。沉积的银系薄膜可以具有上述任何组合物或特性。在某些方面，本公开的方法涉及ag沉积期间少量cu或其他导电金属的共沉积以形成膜。这些方法实现了简单的工艺，可高度扩展至工业和商业制造。
104.在其他变型中，该方法还可以包括在共沉积工艺之后对沉积的膜进行退火或在沉积期间加热基材。退火可以包括将沉积的膜暴露于热源、以便升高膜的温度。在某些方面，对于退火工艺而言，可以将膜暴露于低于银或导电金属的熔点的温度。银具有约为961℃的熔点，而铜具有约为1,085℃的熔点。在某些方面，可以将材料暴露于小于或等于约600℃，并且可选地小于或等于约500℃，可选地小于或等于约400℃，可选地小于或等于约300℃，可选地小于或等于约200℃，并且对于其上具有导电金属膜的某些基材(如塑料或聚合物)，可选地小于或等于约100℃。退火可以在惰性气氛中进行，例如在氮(n2)气中或在空气中进行。用于进行退火工艺的时间量取决于温度，其中较高的温度需要较少的时间。
105.在某些方面，退火时间的范围可以从大于或等于约5分钟至小于或等于约30分钟，并且可选地大于或等于约10分钟至小于或等于约20分钟。退火改善了沉积的膜的光学损耗，尤其是对于可视范围内的波长，从而在保持所需的导电性、光滑度、透明度和其他所需特性的情况下使包含导电材料的银系膜更像纯银。实验结果表明，高温退火使掺杂膜本身更加导电，并且这种退火膜暴露在高温下具有鲁棒性(稳健性，robust)，因此提供了更大的稳定性。在某些变型中，退火可以在氮气(n2)环境中在约150℃下进行15分钟，这会导致薄层电阻的观察到的下降，如下所述。
106.该方法还可以包括在共沉积银和导电金属之前将附加材料施加至基材上，例如第一层或第二层。在其他变型中，一个或多个附加材料层或膜可以在沉积之后形成在包含银和导电金属(如铜)的导电薄膜上。
107.该超薄掺杂银层被并入透明的emi屏蔽装置中。电磁银屏蔽(emags)膜组件或叠层可以包括导电介电层
‑
超薄金属
‑
导电介电层、以使电光权衡最小化，例如，相对于下面的基材材料透射约96
‑
97％的可见光，而在覆盖整个x、k
u
、k
a
和k波段的32ghz的宽带宽(从大于或等于约8ghz至小于或等于约40ghz)上表现出约26db的优异的平均emi屏蔽效能(se)。通过在屏蔽装置内复制叠层(简单地将两个emags膜组件堆叠在一起)，可以实现大于或等于约30db的emi屏蔽效率。通过利用四分之一波长间隔层将两个层分开，这样的实施方案可以具有甚至高达50db的更大屏蔽效能。
108.图4示出了这种电磁干扰屏蔽件200的示例。电磁干扰屏蔽件200与图2中的电磁干扰屏蔽件100类似，因此在不再赘述的范围内，部件或它们的功能共享相同的编号并且可以被认为与图2的上下文中描述的那些部件相同。叠层组件210包括多个层，包括第一叠层20a和第二叠层20b。第一叠层20a包括基材30。第一叠层20a还具有由第一层50和第二层52包围的超薄金属层40。第二叠层20b还包括由第一层50和第二层52包围的超薄金属层40。覆盖层(capping layer)220设置在第二层52上方以限定第二叠层20b。覆盖层220可以由对可见光透明的材料形成。覆盖层220还可以作为用于入射电磁波的抗反射层起作用，并且同时地作为用于气体和水蒸气的保护和阻挡层起作用。覆盖层220可由有机材料、有机材料、或两者的组合制成。间隔件或间隔层222设置在第一叠层20a与第二叠层20b之间。间隔层222可以类似于图2中的间隔层122，因此可以被选择为具有待被反射或待吸收的第二范围的峰值波长的四分之一波长(λ/4)的厚度。举例来说，间隔层222可由与间隔层122相同的材料(例如熔凝硅石)形成。如本领域技术人员将理解的，虽然没有示出，但在电磁干扰屏蔽件200的叠层组件210内可以存在附加的层或叠层。例如，一个或多个附加叠层的存在可以提高电磁干扰屏蔽件200的屏蔽效能，尽管在这种配置中潜在地略微降低可见光的透射率。
109.此外，合并了包含emags膜的叠层的电磁干扰屏蔽装置可以是柔性的，因此证实了在机械变形下的稳定的emi屏蔽性能。另外，大面积的emags膜可以经由适合于大批量生产的卷对卷溅射系统来形成。由本公开各个方面提供的电磁干扰屏蔽装置提供了出色的光学、宽带emi屏蔽和机械性能，使其在包括医疗保健、电子安全、卷曲显示器(roll
‑
up displays)和可穿戴装置等在内的各种应用中特别有利。
110.实施例
111.本发明技术的各种实施方案可以通过本文包含的具体实施例而被进一步理解。提供了具体实施例以用于说明如何制造和使用根据本教导的组合物、装置和方法的目的。
112.实施例1
113.膜沉积。一般地，纯ag的渗滤阈值通常在10
‑
20nm之间，这是形成连续导电膜的临界厚度。然而，薄ag膜的导电性在很大程度上受其高表面粗糙度的影响(例如，15nm ag膜的均方根(rms)粗糙度为约6nm)，因此这将限制其emi屏蔽功能。另外，由于金属的固有特性，厚ag膜会阻挡大量的可见光。因此，为了在电磁干扰屏蔽中使用，银金属膜必须在薄的厚度下连续且光滑。图5示出了简单的共溅射工艺，以生产光滑且超薄的cu掺杂ag膜。ag原子由cu原子固定而不是聚集成岛，从而形成超薄(厚度约为8nm)且光滑的ag膜。此外，在相同厚度下，cu掺杂ag膜表现出比铝(al)掺杂ag低得多的薄层电阻(r
s
)。例如，8nm的cu掺杂ag膜表现出低得多的薄层电阻(12.5ohm/平方)，相较于铝(al)掺杂ag膜(22ohm/平方)。另外，相比之下，9nm纯ag完全不导电。
114.ito/cu掺杂ag/ito柔性膜在室温下使用卷对卷(r2r)磁控溅射工具在pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基材上制备。pet基材约50μm厚、双面涂覆有丙烯酸酯硬涂层，并且在氧和氩等离子体暴露的情况下进行在线预处理，这可以清洁基材并且同时地增强基材与涂覆膜之间的粘附。底部ito层和顶部ito层都以50nm
·
m/min的速率沉积，源功率保持在6kw。中间的cu掺杂ag超薄层经由cu靶材和ag靶材的共溅射而沉积，源功率保持在0.5kw和4kw(如在guo等人的美国专利公开第2017/0200526号中更广泛描述的，并且如图5所示)，该源功率分别转化为8nm
·
m/min和29nm
·
m/min的沉积速率。整体滚动速度控制在2.5m/min。
115.膜表征
116.cu掺杂ag膜的厚度由校准的沉积速率计算，并由光谱型椭圆偏振仪测量(j.a.woollam m
‑
2000)进一步确认。cu掺杂ag的折射率通过光谱型椭圆偏振仪(esi)测量。膜的形态由sem(fei helios nanolab 600i)和敲击模式afm(bruker dimension fastscan)研究。使用立体显微镜(nikon smz1500)拍摄膜的裂纹图像。
117.测量
118.使用波导方法系统执行emi屏蔽测量。施用四种不同的波导(西宝公司(xibao co.)，中国)来测量x、k
u
、k和k
a
波段的屏蔽性能。使用矩形波导、两个波导同轴(waveguide
‑
to
‑
coaxials)适配器和矢量网络分析仪(keysightn5234a)来测量散射参数。可以直接通过散射参数来计算膜的emi se、微波反射(r)和吸收(a)。将两个波导同轴连接至矩形波导的端部，并且将膜插入至波导中。膜被切割成不同的尺寸、以使波导精确地适配于不同波段(x
‑
22.7
×
10
×
0.05mm3，k
u
‑
15.6
×
7.7
×
0.05mm3，k
‑
10.5
×
4.2
×
0.05mm3，k
a
‑
7.0
×
3.4
×
0.05mm3)的测量。传入的电磁波垂直地入射至测试样品上。通过紫外
‑
可见
‑
红外分光光度计(perkinelmer lambda 950)在垂直入射下在从300nm至1000nm的范围内测量膜的光学透射率和反射。膜的薄层电阻(r
s
)是使用四点探针系统测量的，并且是各样品的至少六个域的平均结果。
119.超薄(例如，厚度约8nm)铜(cu)掺杂ag膜由经由共溅射工艺将少量cu引入到ag膜中、并且将其延伸至介电质
‑
金属
‑
介电质(dmd)叠层配置中而形成，以解决传统emi屏蔽材料的透明度与微波屏蔽之间的权衡问题。夹层的超薄金属膜保持了ag材料本身的高导电性、以及超光滑(例如，表面粗糙度<1nm)和低光学损耗，从而提供了高透明度和屏蔽能力。将作为有效抗反射(ar)层起作用的透明导电介电质添加为与金属层的每一侧相邻，这进一步同时地改善了可视透射率和emi se，其中由于整个叠层的导电性增强实现了对emi se的改善。这种电磁ag屏蔽膜(emags)叠层的实验结果表明，在宽rf带宽上的平均emi se为26db、可视透射率平均为96.5％(参照pet基材)，这被认为是报告的最佳屏蔽结果之一。这种电磁干扰屏蔽装置在机械变形下也表现出显著改善的emi屏蔽稳定性。进一步地，具有两个叠层或双层emags(d
‑
emags)的电磁干扰屏蔽装置表现出30db以上的平均emi se，并且通过两个叠层由四分之一波长间隔件层分隔，每个波段中se可以被改善至大于50db。此外，利用卷对卷(r2r)溅射证实了大面积emags膜叠层，这表明所提出的emi屏蔽装置比传统的图案化金属结构有利于批量生产。
120.电磁干扰屏蔽装置叠层设计
121.图6b中示出了pet基材上的夹在两个ito层之间的cu掺杂ag层的电磁干扰屏蔽导电叠层配置。如前所述，为了得到最大的光透射，优化了作为光学ar层的ito的厚度，以使由相消干扰在可视波段中尽可能多地抵消反射光束。为了这个目的，使用转移矩阵法(transfer matrix method)，在cu掺杂ag中心层固定在8nm厚度的情况下，由将顶部ito层和底部ito层的厚度从0改变至100nm计算三层结构的平均透射率(400
‑
700nm)。在图6c中可以看出，平均透射率取决于与超薄金属层相邻的介电层的厚度。当顶部ito层和底部ito层均具有约40nm的厚度时实现了最大透射率。在一种变型中，电磁干扰屏蔽emags膜具有ito(40nm厚度)/cu掺杂ag(8nm厚度)/ito(40nm厚度)的设计。需要说明的是，与ito折射率类似的其他透明导电介电材料(例如，锌氧化物(zno)和氟掺杂锡氧化物(fto))也可以作为叠层
结构中ar层的替代变型。然而，选择ito是因为其稳定性和相对较高的导电性，这可以促进电磁干扰屏蔽emags膜的屏蔽性能。图6d和图6e示出了cu掺杂ag中心层和电磁干扰屏蔽emags叠层的扫描电子显微镜(sem)图像。与粗糙的薄的纯ag膜相比，8nm铜掺杂ag膜是光滑且没有3d岛的(rms粗糙度约0.42nm)。涂覆ito层后，电磁干扰屏蔽emags膜的rms粗糙度略微增加至约1.21nm，但保证了整体的光滑度。
122.电磁干扰屏蔽(emags)叠层的光学特性
123.随后在室温下使用卷对卷(r2r)溅射系统将膜的电磁干扰屏蔽(emags)叠层溅射至pet基材上，与传统金属图案化结构相比，这证实了对于大批量生产的显著优势。图7a(1)
‑
7a(2)和图7b是制造的样品的照片。图7a(1)证实了高度透明的2cm
×
2cm电磁干扰屏蔽emags膜叠层，通过该电磁干扰屏蔽emags膜叠层可以清楚地观察到下面的标志。图7a(2)是同一电磁干扰屏蔽emags膜叠层的弯曲状态，示出了很大的柔性。由卷对卷方法制造的大面积(200cm
×
50cm)电磁干扰屏蔽透明emags膜叠层如图7b所示。
124.电磁干扰屏蔽emags膜叠层在300
‑
1,000nm范围内测量的光学透射率表现在图7c中。为了比较，绘制了ito(约40nm厚，与电磁干扰屏蔽emags叠层膜中使用的ito层相同)、pet基材和8nm cu掺杂ag层的透射率。需要说明的是，emags叠层膜、ito和cu掺杂ag膜的透射率是相对于pet基材的相对值，pet基材具有88.1％的平均可视透射率(400
‑
700nm)，如图7c所示。emags叠层膜在可视范围内的平均透射率超过96％(在600nm下的峰值透射率为98.5％)，远高于纯铜掺杂ag层和ito层。这是由于优化的叠层配置以及经由ar介电层的抑制的反射，如图7d所示。emags膜在400
‑
700nm波长范围内的光学反射远低于cu掺杂ag膜的光学反射，甚至低于pet基材的光学反射。
125.emags叠层的emi屏蔽和电特性
126.材料的电磁干扰(emi)屏蔽效能(se)被定义为入射功率与透射功率的对数比，并且通常以分贝为单位表示。更高的emi se值意味着更强的功率衰减，并且忽略不计的电磁波穿过屏蔽材料。对于商业屏蔽应用(例如手机和笔记本电脑)而言，需要20db的emi se，这对应于传入电磁波的仅1％透射。为了研究emi屏蔽性能，使用波导配置测量沉积在pet上的emags叠层膜。
127.测量的射频(rf)波段宽达32ghz，覆盖了x(8
‑
12ghz)、k
u
(12
‑
18ghz)、k(18
‑
26.5ghz)和k
a
(26.5
‑
40ghz)波段。对于不同的微波波段，emags叠层样品适配特定的波导。在测量之前，使用两端口直通反射线校准(two portthru
‑
reflect
‑
line calibration)来校正系统，这会在各频率下引入12项误差校正。
128.图8a
‑
8d示出了根据本公开某些方面制备的emags叠层膜横跨8
‑
40ghz范围的不同频段中的emi se。作为对比，还测量了ito膜和pet基材。没有其他层的纯pet膜对电磁波是完全透明的，在整个测量频段中具有接近0db的emi se。较高频带中的小峰(图8d)归因于来自pet的顶部界面和底部界面的反射之间的干扰引起的。尽管8
‑
40ghz的整个频率范围，根据本公开制备的emags叠层也表现出优异的屏蔽性能，具有接近26db的平均emi se(图8a
‑
8d)，其阻挡约99.7％的射频(rf)功率。更重要的是，当频率增加时，se没有滚降行为(roll
‑
off behavior)，这导致横跨很宽的范围的有效且无差别的屏蔽性能。根据本公开某些方面的电磁干扰屏蔽emags叠层膜的这种宽(32ghz带宽)且高效(>20db)的emi se胜过大多数先前报道的、基于图案化金属结构的emi屏蔽材料。例如，方形金属网屏蔽结构的emise在窄带
中迅速下降，即使在k
u
波段内也示出了5db的下降。由于较短波长的电磁波通过图案化开口的高透射，在传统的环系和裂纹系金属网中也发现了高频下相同的emi屏蔽滚降行为。
129.作为比较，图8a
‑
8d还显示了8nm cu掺杂ag(约23db)和40nmito(约19db)膜的se，两者均低于电磁干扰屏蔽emags叠层结构的se。通过将两个emags膜叠层合并在一起，研究了双层电磁干扰屏蔽emags(d
‑
emags)叠层的屏蔽性能。该双层电磁干扰屏蔽emags(d
‑
emags)叠层在8ghz至40ghz的频率范围内表现出30db以上的emi se，在29ghz下具有39db的峰值效率。d
‑
emags膜的测量曲线中的波动归因于两个emags叠层之间的多次反射。d
‑
emags在可视范围内的平均透射率约为93％。为了利用d
‑
emags电磁干扰屏蔽结构的屏蔽潜力，两个emags叠层进一步由等于各波段中的中心波长的四分之一的间隔分隔。由这些配置实现了超高se，具有大于约50db的平均se。
130.当电磁波入射至屏蔽材料上时，入射功率可以分为反射功率(r)、吸收功率(a)和透射功率(t)，关系式为a r t＝1。使用由波导法测量的电磁干扰屏蔽emags膜的散射参数，相应地计算8
‑
40ghz范围内的微波反射和吸收。
131.图9a
‑
9d示出了作为入射频率的函数的emags膜的测量的微波反射和吸收。更具体地，根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽emags膜在x波段(8
‑
12ghz)(图9a)、k
u
波段(12
‑
18ghz)(图9b)、k波段(18
‑
26.5ghz)(图9c)和k
a
波段(26.5
‑
40ghz)(图9d)的测量的微波反射和吸收。图9e示出了使用cst微波工作室计算的在12ghz下ito/cu掺杂ag/ito结构的各层内的功率损耗密度。图9f示出了由1)cu掺杂ag、2)ito/cu掺杂ag和3)ito/cu掺杂ag/ito结构的r和a的计算的屏蔽贡献。示出了使用cst微波工作室模拟的在12ghz下图9g(1)空气、图9g(2)ito、图9g(3)ito/cu掺杂ag和图9g(4)ito/cu掺杂ag/ito结构的结构内的功率流。图9g(1)
‑
图9g(4)中的白色箭头表示入射电磁波方向。
132.总之，平均反射和吸收分别是入射功率的88.5％和11.2％。以12ghz频率为例，调查了不同结构的反射和吸收的屏蔽贡献：1)cu掺杂ag，2)ito/cu掺杂ag，和3)ito/cu掺杂ag/ito。结果汇总在图9e中。从条形图可见，屏蔽主要是由对所有结构的强烈反射造成的。此外，从1)至3)，反射有上升趋势，从86.2％上升至90.2％，而吸收则经历下降，暗示了屏蔽增强源自于增加的反射。在微波频率下，导体(例如，cu掺杂ag和ito)的折射率的实部(n)和虚部(k)都在104的数量级上，因此在第一空气
‑
导体界面处的反射接近一致。来自背面导体
‑
空气界面的后续反射将会由产生相消干扰在一定程度上减少总反射。然而，当导体的厚度增加时(例如，在这种情况下添加更多的ito层)，较少的微波可以到达背面导体
‑
空气界面，并且这种二次反射对总反射强度的影响大大减弱，这与图9e中的观察相一致。
133.除了主要反射之外，一部分微波通过导体内部的吸收而被屏蔽。进一步检查了emags结构中分别由导电介电质和金属层贡献的微波吸收。在图9f中，模拟功率损耗密度的等值线图显示出金属层在微波吸收中的贡献更大，因为其衰减系数更大(更高的n和k)。本质上，当电磁波入射至emags结构上时，ito和cu掺杂ag层在相同的电势下表现得像三个并联电阻器。因此，以较低电阻为特征的导电元件(即，cu掺杂ag层)将导致相对更强的欧姆损耗和更高的微波吸收。图9g(1)
‑
图9g(4)说明了使用cst微波工作室模拟的在12ghz下不同结构内的功率流分布。通过随后添加40nm ito和8nm cu掺杂ag层(图9g(2)
‑
图9g(4))，由于这些导体的反射和吸收，整个入射em场被逐步阻挡，并且显示出通过ito/cu掺杂ag/ito结构的最小功率透射。
134.通过将ito/cu掺杂ag/ito叠层视为高导电率的有效单层，可以更直观地解释反射主导机制(reflection
‑
dominant mechanism)和宽带emi屏蔽性能。与自由空间(377ω)的阻抗相比，由于每单位面积更高密度的电荷载流子，高导电层横跨宽微波范围具有低得多的阻抗。结果，由于空气/emags界面处的大阻抗失配，大部分入射电磁波被反射回至自由空间。事实上，电磁干扰屏蔽emags膜的理论屏蔽带宽比测量范围宽得多，而se没有任何降低，这通过esi中的cst模拟得到了验证。
135.emags的机械特性
136.为了评估根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽emags膜的机械柔性，测量电磁干扰屏蔽emags叠层膜的emi se的变化作为重复弯曲下弯曲循环和弯曲半径的函数。图10a中的插图示出了弯曲设置的示意图。通过调整从初始状态(l)至两端之间的距离(δl)，可以控制不同的弯曲半径(r)。如图10a所示，在弯曲半径为6mm的情况下，emags膜的薄层电阻(r
s
)、在250次弯曲循环后几乎保持不变，并且在1,000次弯曲循环后从11.0ω/sq略微增加至12.1ω/sq。相比之下，40nm ito膜的r
s
在仅250次弯曲后就从29.5ω/sq急剧增加至123.0ω/sq。图10b示出了12ghz下emi se的变化，作为在弯曲半径为6mm的情况下弯曲循环的函数。相比之下，对ito膜进行了相同的弯曲测试。有趣的是，250次弯曲循环后，emags膜的emi se保持其初始的高性能，而ito膜的emi屏蔽在仅50次弯曲循环后由于表面上的大裂缝而显著下降(如图中的嵌入sem图像所示)。随着弯曲循环从50次增加至250次，ito膜的emi se继续下降，显示处在250次重复弯曲后几乎没有屏蔽效果(<1db)。图10b中的插图提供了弯曲测试后emags膜的sem图像，没有任何可见的裂纹。这与所提出的emags膜在大量弯曲后的稳定r
s
和屏蔽性能是一致的。同时，值得注意的是，ito和emags膜的测量r
s
和emi se与图6a中表现的预测关系很好地匹配。
137.然后，如图10c和图10d所示，研究了在弯曲半径从12mm至2mm变化的情况下不同极化的屏蔽性能的变化。值得注意的是，当弯曲半径大于3mm时，emags膜的emi se在1000次弯曲后没有下降。当半径(r)减小至2mm时，横向磁极化(tm)波的se(即，垂直于如图10c中插图所示的裂纹线的电场)随着弯曲循环的增加而倾向于下降。如r＝2mm的曲线图所示，emi se在100次和1,000次弯曲循环后分别降低至23db和6db。另一方面，对于横向电(te)极化(即，平行于如图10d中插图所示的裂缝线的电场)，在1,000次弯曲后仍保持高se。emi se对极化的依赖是因为考虑到裂缝线之间的亚波长距离，弯曲后带有裂纹线的薄导电膜本质上是用于射频波的线栅偏振器(wire gridpolarizer,wgps)。因此，tm波可以容易地通过，而te极化被有效地反射。当弯曲ito膜时可以观察到相同的现象。不管弯曲半径如何，在250次弯曲循环后，ito对tm波的emi se显著下降(se<5db)，这与根据本公开某些方面制备的电磁干扰屏蔽emags膜很好的柔性形成对比。即使在2mm的半径下弯曲250次后，te极化也仅显示出很小的降低，这与针对具有弯曲裂纹线的导电薄膜提出的wgp模型一致。
138.图11a和图11b中的sem图像直接比较了在r＝3mm的弯曲测试后的电磁干扰屏蔽emags叠层和ito膜的表面形态。在250个相同的弯曲循环下，图11b中的ito膜上的裂纹线比图11a中示出的本发明emags膜上的裂纹线明显得多。emags膜表面上的浅而窄的裂纹线显示出对如在图10a
‑
图10d中验证的屏蔽没有影响。结果表明，电磁干扰屏蔽叠层结构的机械柔性显著地改善，这是由于夹在其中的薄cu掺杂ag的高延展性和添加金属中间层之后的ito的内聚强度的增强。柔性emags膜在机械变形下显示出优异的emi屏蔽稳定性，这使它们
有可能用作柔性电子产品中的高性能emi屏蔽材料。如在图12中汇总的，当考虑到光学透射率和微波屏蔽性能时，电磁干扰屏蔽(emags)膜胜过各种传统的透明屏蔽结构和材料，包括金属网、石墨烯系材料、石墨烯混合结构、银纳米线、多层ag/丙烯酸酯叠层和商业透明箔。尽管石墨烯/金属网结构的emi se在12ghz下可以达到29db，但该屏蔽仅适用于窄的频率范围，在40ghz下迅速下降至仅13db。
139.根据本公开某些方面提供了一种基于超薄cu掺杂ag的大面积柔性膜，该柔性膜具有出色的光学透射率、宽带屏蔽性能和优异的机械柔性。这些变型中的电磁干扰屏蔽emags叠层膜在可视范围内显示出96.5％的平均相对透射率，具有在600nm处为98.5％的峰值。平均emi se为26db，这被认为是有报道以来在此可见光的透明度水平下最佳屏蔽结果之一。更重要的是，它表现出覆盖32ghz带宽的宽带屏蔽。通过堆叠多个emags膜也可以预期30db以上的emi se。与ito膜相比，emags膜在半径约3mm的重复弯曲循环下没有观察到明显的退化，证实了膜的机械柔性。提出的透明emags膜拥有成为未来rf屏蔽应用中明星材料的巨大潜力。
140.实施例2
141.在该实施例中，通过采用包括石墨烯层
‑
介电层
‑
超薄掺杂银合金层(gds)配置的叠层来形成基于非对称法布里
‑
珀罗谐振腔体的透明微波吸收器(ma)。
142.图14中示出了石墨烯合成：在管式炉的中心处使用cvd方法在25μm厚的cu箔(alfa aesar，99.8％纯度)上生长石墨烯膜。随后，将箔在h2、60pa下加热至1,000℃、持续半小时。然后，将碳源(ch4)引入至石英管中、持续2小时。在随后的气体混合物后，样品迅速冷却至室温(25℃)。快的冷却速率抑制了多层石墨烯的形成。
143.石墨烯转移：如图14中示出的，通过在石墨烯上旋涂5μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)来转移cu箔上如此生长的石墨烯。在pmma干燥后，将样品浸入至marble's蚀刻剂(hcl:h2so4:cuso4＝50ml:50ml:10g)溶剂中以蚀刻cu箔。在移除后，将石墨烯样品在蒸馏水中洗涤、并且转移至待使用的1mm二氧化硅基材。
144.膜沉积：使用自制磁控溅射(ms)工具在室温下、pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)基材上制备ito/cu掺杂ag/ito柔性膜。pet基材约50μm厚，双面涂覆有丙烯酸酯硬涂层，并且在氧和氩等离子体暴露的情况下进行在线预处理，这可以清洁基材并且同时地增强基材与涂覆膜之间的粘附。底部ito层和顶部ito层都以50nm
·
m/min的速率沉积，源功率保持在6kw。中间的cu掺杂ag超薄层经由cu靶材和ag靶材的共溅射而沉积，源功率保持在0.5kw和4kw，这分别转化为8nm
·
m/min和29nm
·
m/min的沉积速率。用于卷对卷工艺的整体滚动速度控制为2.5m/min。
145.表征和测量：各层的ito/cu掺杂ag/ito膜厚度由校准的沉积速率计算并且由光谱型椭圆偏振仪测量(j.a.woollam m
‑
2000)确认。石墨烯和ito/cu掺杂ag/ito膜的形态分别由sem(fei helios nanolab 600i)和轻敲模式afm(bruker dimension fastscan)在熔凝硅石和pet基材上进行研究。膜和gds腔体的光学透射率由紫外
‑
可见
‑
红外分光光度计(perkinelmer lambda950)在垂直入射辐射的情况下从300nm至1000nm的范围测量。样品的微波透射和反射使用波导方法在x波段和k
u
波段中由测量的s参数计算。
146.这种变型中的电磁干扰屏蔽(emi)装置叠层组件包括石墨烯、作为透明微波吸收器和反射器的超薄掺杂银(ag)膜、以及作为介电间隔件的熔凝硅石。此外，通过使用单层石
墨烯作为构建块(building locks)并且调整介电间隔件的厚度以实现腔体中的临界耦合，这种装置在实验中得到接近一致(约99.5％)的吸光度，并且在可视范围内保持高度透明(约65％)。此外，由于石墨烯层的固有损耗，实现了宽的吸收带宽，在13.75ghz下测量的带宽为中心谐振频率的72.7％。
147.透明微波吸收器的设计和制造
148.具有高损耗的材料需要结合在在谐振腔体设计中以用于能量收集/吸收。石墨烯具有部分微波吸收和反射特性，可以作为用于法布里
‑
珀罗腔体的顶部吸收介质的有效候选材料。此外，选择银(ag)作为背反射镜，因为ag具有对于微波范围内的强功率反射的高导电性，并且在光学范围内的金属中具有最低的吸收损耗。提出的利用腔体谐振行为的可视透明ma的示意图在图2和图13a
‑
13b中示出。该装置结构包括单层石墨烯、由两个铟锡氧化物层包围的包含铜的超薄银合金、以及熔凝硅石层(设置在石墨烯与一个铟锡氧化物层之间)。这里，通过如在图5示出的共沉积工艺期间将少量铜(cu)引入至ag中，通过抑制ag的volmer
‑
weber生长模式而形成连续超薄(8nm)且超光滑的导电合金膜。
149.增加超薄掺杂ag膜的光学透射率的一种策略是采用抗反射涂层；因此，超薄掺杂ag层夹在两个铟锡氧化物(ito)层之间，而同时地保持优异的导电性。这提供了来自腔体的超低微波透射。最后，微波反射镜以ito(厚度为40nm)/cu掺杂ag(厚度为8nm)/ito(厚度为40nm)叠层的形式实现。通过使用采用转移矩阵方法(tmm)的计算结果，优化ito层的厚度以使整体透明度最大化。
150.图13c(1)
‑
13c(2)分别示出了从cu箔转移后在二氧化硅基材上的石墨烯膜的扫描电子显微镜(sem)和原子力显微镜(afm)图像，证实了优异的连续性而没有宏观缺陷。图13c(2)中的小白点是移除过程后的pmma残留物。为了验证制备的石墨烯的数量和质量，如图13c(3)中示出的，利用532nm的激光波长测量拉曼光谱。拉曼光谱表现出单层石墨烯的典型峰值特征，包括g和2d带。2d带表现出单个洛伦兹(lorentzian)特征，具有位于约2686cm
‑1处的、约为26cm
‑1的半高全宽(fwhm)，并且相对于g带具有更大的强度。另外，在约1350cm
‑1处的d带的强度低于拉曼检测极限，这证明不存在大量缺陷。然后，由比较测量的g峰和2d峰的位置来确定石墨烯的费米能级，具有估计为f＝～0.3ev的特征相关性(f)。
151.接下来，为了便于实验实现，将掺杂ag和ito层沉积在pet基材上。如此沉积的ito/cu掺杂ag/ito的sem和afm图像在图13d中示出，均显示出连续且光滑的表面形态。最后，图13e示出了二氧化硅、二氧化硅上的石墨烯膜以及根据本公开某些方面制备的最终gds腔体样品的光学显微照片。与纯二氧化硅(左)相比，二氧化硅上的单层石墨烯膜(中间)是高度透明的、透射率损耗很小。具有2.2cm
×
1.1cm的尺寸的gds腔体(右)也显示出良好的透明度。
152.完美微波吸收的理论条件和实验验证
153.如图15a所示，考虑到固定金属层厚度以确保透明度，在该配置中设计的透明电磁干扰屏蔽件/微波吸收器(ma)涉及八个参数(n1、n2、k2、n3、n4、k4、d2、d3)。使用石墨烯的表面电导率(σ)来描述石墨烯的特性是有效的，因为这个量可以在从射频频率到光学频率的广泛范围内直接建模或测量，并且相应的折射率(n)和消光系数(k)可以由电导率导出。对于理论分析，石墨烯的电导率可以利用带间(inter
‑
band)和带内(intra
‑
band)贡献的久保公式(kuboformula)计算，并且使用以下表达式进行估计，
[0154][0155][0156]
其中，e是电子电荷，k
b
是玻尔兹曼常数，t是温度，是约化普朗克常数，ω是入射电磁波的频率，以及γ是弛豫时间，弛豫时间假定与能量无关。值得注意的是，石墨烯的电导率很大程度上取决于其费米能级μ
c
的值，其费米能级的值可以通过化学掺杂或静电选通(例如，如图3的上下文中所述)来控制，从而量化电子传输特性。另一方面，ito/cu掺杂ag/ito叠层(反射镜)可以被建模为具有高导电性的有效单层，因为大部分贡献来自最具导电性的元素ag。
[0157]
在平面石墨烯层中通过整个gds腔体考虑的用于完美微波吸收的理论条件。为了简单起见，假设只有顶部石墨烯是有损的，底部反射层可以被视为完美的电导体，从而提供100％的反射率。针对光学应用中使用的吸收结构引入一种分析方法，其中归一化至入射微波的每单位长度的吸收率可以表示为：
[0158][0159]
其中，e(z)是超薄石墨烯膜中的电场，e0是入射电场，c是真空中的光速，f是入射电磁波的频率。因此，石墨烯膜中的总吸收为：
[0160][0161]
通常，单层石墨烯的理想厚度d2约为0.34nm，而与此形成鲜明对比的是，微波范围的入射波长为毫米量级，这表明d2<<λ。因此，石墨烯片层最低限度地改变结构内部电场分布概况，并且电场可以保持其强度，这也可以由计算不同频率下石墨烯层内的电场分布来验证。鉴于临界耦合条件下的零反射，可以假设，
[0162]
e(z)＝e(z＝0)＝e0，0≤z≤d2ꢀꢀ
(5)。
[0163]
将等式(5)代入等式(4)中，给出了完美微波吸收条件(a
total
＝100％)，提供为
[0164][0165]
因此，对于石墨烯层的一致吸收，参数应满足上述关系。图15b中的虚线针对垂直入射绘出了4πn2k2d2f/cn1的计算值，揭示了在μ
c
＝0.3ev、γ＝20ps的条件下，理论上在15ghz左右可以由石墨烯膜在gds腔体中实现完美吸收。
[0166]
此外，通过采用tmm，在预定频率下计算gds腔体的反射(r)和吸收(a＝1
‑
r)。考虑到腔体在x
‑
y平面中的对称性，该装置被认为与垂直入射下的极化无关。在下面的数值计算
中，只考虑了te极化的入射微波。图15c给出了在3mm的介电质厚度d3时作为不同石墨烯费米能级和频率的函数计算的吸收图。该吸收图说明了gds腔体的接近一致的吸收可以在区域a(黑色虚线圆圈)中利用不同的费米能级实现，这也表明实现强吸收的条件不是很严格。另外，理想的完美吸收是在15ghz附近μ
c
＝约0.3ev的情况下获得的，这与预测结果一致。图15d示出了由在不同激发频率下改变介电质厚度(范围从0mm至15mm)计算出的吸收。如图15d所示，吸收峰在固定介电质厚度下随着频率的增加以及随着特定频率下介电质厚度的增长而周期性地出现。具体来说，当介电质厚度d3从1mm变化至15mm时，吸收峰从≈40ghz连续移动至≈2ghz。同时，在更厚的腔体和更高的频率的情况下，一些更高的模式开始出现，在吸收图上显示出波纹。因此，很明显，通过改变腔体的介电质厚度可以容易地调整峰值吸收频率。请注意，在固定介电质厚度(例如，d3＝6mm)下，低阶谐振的带宽比高阶模式(图15d中的黑色虚线)的带宽稍宽，这增加了工作带宽并且提供了对实验验证的更好的耐受。
[0167]
为了确认gds腔体的实验微波吸收性能，使用波导配置在垂直入射下测量微波透射(t)和反射(r)，然后用以计算吸收，吸收被定义为a＝1
‑
t
‑
r，其中r＝|s
11
|2和t＝|s
21
|2从测量的s参数获得。首先，通过单独分析gds腔体层的微波响应，研究各层的各自作用。绘制二氧化硅基材上的单层石墨烯和pet基材上的ito/cu掺杂ag/ito在x波段和k
u
波段中的微波透射和反射。如预测的那样，单层石墨烯对微波是部分反射和吸收的，具有平均为约25％反射和约45％透射。另一方面，ito/cu掺杂ag/ito层支持宽带高反射，对应于仅约0.3％的透射率，这作为微波反射镜几乎是完美的。
[0168]
然后，探索了根据本公开某些方面制备的gds腔体的吸收性能。从使用tmm、数值cst模拟和实验测量的模型计算，随着二氧化硅厚度d3的范围从1mm至4mm绘制gds腔体在x波段和k
u
波段中的吸收光谱，如图16a
‑
16f所示。随着介电质厚度的增加，吸收峰的位置逐渐红移至低频，并且能够横跨从8ghz至18ghz的整个测量光谱进行调整。针对二氧化硅的四种不同厚度(d3＝2.5mm、3mm、3.5mm、4mm)计算和模拟的垂直入射光谱显示出在最大吸收值全都超过99.5％的谐振时接近一致的吸收。图16e和图16f中实验特征的整体形状、趋势和位置与计算和模拟结果非常匹配。如由图16e和图16f中紫色曲线(d3＝3mm)表征的那样，测量的吸收在13.75ghz下达到99.5％的最大值，显示实现了接近一致的吸收。同时在d3＝3mm的情况下，在覆盖整个x和k
u
波段的、从8ghz至18ghz测量的吸收>50％的情况下获得宽带吸收，而全都保持超低的通过腔体的微波透射。对于d3＝2.5mm、3.5mm和4mm的其他情况，最大吸收值在它们的谐振频率下全都超过98％。
[0169]
非对称法布里
‑
珀罗腔体
[0170]
为了更好地理解非凡的微波吸收，使用电磁响应(包括在有关波长处的整个腔体(d3＝3mm)内的电场和吸收功率分布)的tmm的数值计算表现在图17a
‑
17b中。值得注意的是，顶部石墨烯层中的谐振模式出现在约13ghz(指定为#1)和约40ghz(指定为#2)处，如图17a所示，这与图15d中介电质厚度为3mm时的完美吸收频率匹配良好。谐振时增强的电场分布进一步揭示了腔体的石墨烯层中强吸收的原因，因为功率吸收与电场强度成正比。尽管显示在该厚度的gds腔体中、在25ghz(指定为#3)处的电场强度最高，但它位于中间二氧化硅层处，由于二氧化硅层在微波范围内是无损的，因此吸收性能可能仍然很差。
[0171]
随后，作为相同gds腔体厚度下的频率的函数计算了吸收功率分布。在图17b中，强吸收位置(#1和#2)与图17a中的区域很好地对应，其中电场高度集中。此外，很明显，几乎所
有的微波功率都由顶部石墨烯层吸收。至于底部ag层，即使电场非常弱，但由于ag在微波范围内的衰减系数大，因此由ag吸收的功率仍然很小。需要注意的是，等值线图中各层的厚度没有按比例绘制(例如，单层厚度被放大了很多)，因此调整了各层中的采样点数，以在图16a
‑
16f中以与原始图相同的颜色分布给出更直观的对比。
[0172]
事实上，gds腔体类似于非对称法布里
‑
珀罗(fp)腔体，该gds腔体包括具有部分反射的顶层和背反射器的无损介电芯。在谐振时，从空气/石墨烯和二氧化硅/金属界面反射的微波波束形成相消干扰，从而导致零反射。干扰条件与谐振腔体内部电磁波的单次或多次往返相移(round
‑
trip phase shift)有关，这解释了图15d中固定介电质厚度下的周期吸收峰。虽然如此，电磁干扰(emi)屏蔽组件不同于传统的对称fp腔体。传统的fp谐振器在其反射或透射光谱中表现出高频率选择特性(高q)，在这种情况下，透射过程不涉及任何能量转换或吸收。请注意，通过在fp腔体中合并有损石墨烯层，该结构可以产生大量的功率吸收。
[0173]
光学性能
[0174]
为了表征电磁干扰(emi)屏蔽gds谐振腔体的光学特性，在具有不同介电质厚度的各个层和gds组件/腔体的300nm
‑
1000nm范围内测量光学透射光谱，如图18a
‑
18b所示。如此制备的石墨烯和二氧化硅基材(0.5mm和1mm)在可视和近红外区域中显示出几乎平坦的透射光谱，具有在550nm处分别为96.7％、93％和92％的可视透射率。对于二氧化硅基材，因为材料中的吸收减少，厚度较大的基材具有略低的透射率。pet基材上的ito/cu掺杂ag/ito在可视波段中的整体平均透射率为88.1％，改善的透明度是由于cu掺杂ag层上的抗反射涂层。此外，在更长的波长下，其接近完美导体的整体平均透射率，并且其反射朝向红外区域增加。因此，如图18a中的红色曲线描绘的，膜透射率逐渐下降，但仍保持相对较高的值(例如，900nm处为65％)。
[0175]
与ito/cu掺杂ag/ito层类似，电磁干扰(emi)屏蔽组件gds谐振腔体的透射光谱随着近红外范围内不同介电质厚度处波长的增加而呈向下趋势。另一方面，如图18b描绘的，当二氧化硅层厚度增加时，透射率下降，这归因于界面处的反射损耗和基材中很小的吸收损耗。事实上，在这些实验中，腔体的各不同介电质厚度(1mm至4mm)只是0.5mm和1mm二氧化硅基材的不同组合的叠层，并且载玻片之间的气隙是不可避免的。结果是，透射光谱中的阶梯光学损耗(例如，从1.0mm至1.5mm/从2.0mm至2.5mm/从3.0mm至3.5mm)主要是由腔体中的空气/二氧化硅界面上的反射损耗引起的。较厚的腔体由更多的二氧化硅基材组成，因此在界面处引入更多的反射损耗。从相邻固体至虚线的轻微透射率下降归因于基材中的吸收损耗。对于d3＝3mm的情况而言，实现了在微波范围内的接近一致的吸收，并且仍然可以保持65％的平均可视透射率。需要重点注意的是，根据本公开某些方面形成的gds腔体的透明度可以通过移除pet基材(～88.1％)并在其间采用介电间隔件的一个完整的堆叠来进一步改善(减少空气/二氧化硅界面处的反射损耗)，并且gds腔体的理论最大可视透射率接近87％。
[0176]
在各个方面，本公开提供了通过将采用具有超薄且光滑的掺杂银膜的叠层用于宽带电磁干扰(emi)屏蔽的方法。进一步地，采用透明导电介电层作为光学抗反射层结合超薄且光滑的掺杂银膜，以提高屏蔽性能，而同时地避免了牺牲光透射率。而且，该结构的制造仅涉及材料沉积工艺，大大降低了制作这种结构的复杂性和成本，使得可以以高产量制造
大面积装置。
[0177]
总之，本公开提供了一种电磁干扰(emi)屏蔽(emags)膜叠层结构，以介电质
‑
导电金属
‑
介电质层的组件的形式，其在某些变型中相对于下面的基材可以透射96％以上的可见光，并且在覆盖整个x波段、k
u
波段、k波段和k
a
波段的32ghz的宽带宽内显示出至少约6db的优异的emi屏蔽效能。其他实施方案通过将两个emags膜叠层膜组装在一起来提供大于或等于约30db的emi屏蔽效能。通过利用四分之一波长间隔件层分隔两个叠层，emi屏蔽效能可以进一步改善至50db。这种电磁干扰(emi)屏蔽(emags)膜叠层结构还是柔性的，并且证实了在机械变形下的稳定的emi屏蔽性能。此外，可以在卷对卷溅射系统上形成大面积电磁干扰(emi)屏蔽(emags)膜叠层结构以用于批量生产。石墨烯层或其他超薄导电层可以放置在银合金层上方以实现rf吸收，这提供了额外的emi屏蔽形式。
[0178]
本公开还设想了一种透明的电磁干扰(emi)屏蔽装置，其在作为微波吸收器使用时可以提供接近一致的吸收。基于非对称法布里
‑
珀罗腔体的透明电磁干扰(emi)屏蔽组件可以包括叠层，该叠层包括石墨烯、透明的间隔件层、以及超薄掺杂ag。实验结果与理论预测非常吻合。通过对非对称法布里
‑
珀罗腔体支持的临界耦合模式的严格研究，可以理解这些现象特征的物理起源。实验结果表明，在选择的实施方案中，在13.75ghz处的最大吸收高达约99.5％，具有65％的平均可视透射率。另外，gds谐振腔体可以通过电选通(在图3的上下文中描述的)或石墨烯层的化学掺杂或简单地改变腔体厚度来轻松调整。这种透明电磁干扰(emi)屏蔽装置可以用于透明微波吸收应用，因此对新型微波光学部件具有广泛的实用性。
[0179]
已经出于说明和描述的目的提供了实施方案的前述描述。并非旨在穷举或限制本公开。特定实施方案的个别元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在选定实施方案中使用，即使未具体示出或描述。同样也可以以多种方式变化。这些变化不应被视为与本公开内容背离，并且所有此类修改均旨在包括在本公开的范围内。