一种光学透明宽带吸波器及制备方法与流程

1.本发明属于电磁超材料吸波器技术领域，涉及一种光学透明的超材料吸波器及其制备方法，用于解决高透光性与宽频带吸收兼容难题。


背景技术：

2.随着现代无线通讯技术高速发展，无线通信设备的使用给人们生活带来便利，同时带来的电磁波泄漏和电磁波干扰也愈加严重。电磁波作为信息传递的重要载体，可能导致保密信息泄漏，影响其他电子设备稳定性甚至对人体健康造成危害等问题。更宽的吸收频带具有更大的应用范围，因此能够对宽频带入射电磁波实现高效吸收的超材料吸波器成为研究热门方向。目前的宽带吸波器大多数为不透明的，限制了吸波器在射频识别、电子收费系统、飞机座舱等需要在可见光透明场合应用，而已有的透明吸波结构存在层数多、结构复杂、制备困难、吸收频带窄、厚度大等问题，难以解决高透光与宽带兼容问题。
3.专利(cn208128766u)提出一种利用上层透明玻璃、介质层、下层透明玻璃、透明电阻膜、导电铜箔和透明导电膜组成的宽带透明吸波结构，虽然得到了较宽的吸波带宽，但是整体厚度超过10mm，并且层数较多、结构较为复杂、制备较为困难，不利与实际应用。专利(cn111628297a)采用采用多层结构设计，包括三层透明介质，在两层透明介质板的五层设计，同样存在层数较多，各层之间的粘接复合影响吸波性能等问题。综上所述，现阶段公开的透明宽带吸波器往往采用多层设计以增大结构复杂度与厚度为代价而获得相对较宽的吸波带宽，而且大多不涉及其多层复合在样品制备中的问题，因此该光学透明宽带吸波器可在较宽频带实现电磁隐身效果，并且层数少、结构简单、制备方便，具有良好的工程应用价值。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对目前超材料透明宽带吸波器存在层数多、结构复杂、制备困难、吸收频带窄、厚度大、难以解决高透光与宽带兼容问题，提出一种光学透明的超材料吸波器及其制备方法，可在宽频带范围实现对入射电磁波的高效吸收与高透光率，并具有层数少、结构简单、制备方便等优点。
5.为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
6.一种光学透明宽带吸波器，从上到下依次为上层透明导电膜单元1、透明层介质层2、底层透明导电膜单元3；上层透明导电膜与底层透明导电膜分别附着在透明介质层的上下表面；上层透明导电膜单元1、透明层介质层2、底层透明导电膜单元3都为中心对称图形；
7.上层透明导电膜单元1为完整导电膜刻蚀成为风车形导电膜图案，所述风车形导电膜图案包括四个相同的长条：第一长条11、第二长条12、第三长条13、第四长条14，第一长条11绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第二长条12，第二长条12绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第三长条13，第三长条13绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第四长条14；四个长条11-14在中间围成一正方型；
8.底层透明导电膜单元3为完整的导电膜。
9.作为优选方式，上层透明导电膜单元1、底层透明导电膜单元3选自导氧化铟锡、氧化锌、氧化镓锡、氧化锌锡中或聚合物基透明导体的一种。
10.作为优选方式，透明介质层2材料选自钠钙玻璃、高硼硅玻璃、石英玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
11.作为优选方式，上层透明导电膜单元1的方阻为rsq1，底层透明导电膜单元3方阻为rsq2，并且5ω/sq≤rs1≤300ω/sq，0.1ω/sq≤rs2≤100ω/sq。
12.作为优选方式，透明层介质层2的相对介电常数为εr，厚度为h，并且1.0≤εr≤10.0，0.1mm≤h≤20mm。
13.本发明还提供一种所述的光学透明宽带吸波器的制备方法，包括如下步骤：
14.①
选用透明介质层材料，使用磁控溅射方法将导电膜镀在透明介质层材料表面和底面；
15.②
采用四探针测试仪测试连续透明介质层表面和底面的导电膜的方阻，分别制备阻值为5ω/sq≤rs1≤300ω/sq，0.1ω/sq≤rs2≤100ω/sq的系列连续导电膜；
16.③
通过激光刻蚀技术在透明介质层材料系表面上刻蚀出风车形导电膜图案，得到上层透明导电膜单元1，得到一种光学透明宽带吸波器。
17.风车形导电膜图案通过长条形导电膜在长条形导电膜所在平面中心经过连续3次同向90
°
旋转得到，具有中心对称特点，且该导电膜方阻为5ω/sq≤rs1≤300ω/sq。风车形结构导电膜内部平行长条形导电膜在电磁波作用下产生平行电流提供电谐振，上层透明导电膜单元与底层透明导电膜单元之间在电磁波作用下产生反向平行电流，提供磁谐振。在电谐振与磁谐振共同作用下，该超材料吸波器产生两个谐振点，当两个谐振点接近的时候，形成宽带吸波效果，可以通过对风车结构几个尺寸合理调整，控制谐振点位置和吸波频带。
18.透明层介质层2厚度为h，起支撑作用。
19.底层透明导电膜单元3为低方阻值的连续导电膜，性质类似金属作为反射层，防止电磁波透射出去，提高吸收效率，且该导电膜方阻为0.1ω/sq≤rs2≤100ω/sq。
20.本发明的有益效果为：与常见透明吸波结构相比，本发明结构主体由透明介质层2以及附着在透明介质层2上表面的上层透明导电膜单元1以及下表面底层透明导电膜单元3构成，整体为单层结构，避免了多层设计的繁杂工艺以及多层粘接带来的误差，整体设计结构简单、易于制备，并具有高透光与宽带吸波特性，在透明吸波器领域具有较大应用价值。
附图说明
21.图1是本发明的整体结构示意图；
22.图2是本发明的整体结构侧面示意图；
23.图3是上层透明导电膜单元的结构示意图；
24.图4是本发明实施例1不同极化方式下的反射率曲线；
25.图5是本发明实施例2不同极化方式下的反射率曲线；
26.1为上层透明导电膜单元，2为透明层介质层，3为底层透明导电膜单元，11为第一长条、12为第二长条、13为第三长条、14为第四长条，p为周期单元结构边长，w1为第一长条与周期单元顶点距离，w2为第一长条导电膜长度，w3为第一长条导电膜宽度。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
28.本发明实施例提供一种光学透明宽带吸波器，从上到下依次为上层透明导电膜单元1、透明层介质层2、底层透明导电膜单元3；上层透明导电膜与底层透明导电膜分别附着在透明介质层的上下表面；上层透明导电膜单元1、透明层介质层2、底层透明导电膜单元3都为中心对称图形；
29.上层透明导电膜单元1为完整导电膜刻蚀成为风车形导电膜图案，所述风车形导电膜图案包括四个相同的长条：第一长条11、第二长条12、第三长条13、第四长条14，第一长条11绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第二长条12，第二长条12绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第三长条13，第三长条13绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第四长条14；四个长条11-14在中间围成一正方型；
30.底层透明导电膜单元3为完整的导电膜。
31.上层透明导电膜单元1、底层透明导电膜单元3选自导氧化铟锡、氧化锌、氧化镓锡、氧化锌锡中或聚合物基透明导体的一种。
32.透明介质层2材料选自钠钙玻璃、高硼硅玻璃、石英玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
33.上层透明导电膜单元1的方阻为rsq1，底层透明导电膜单元3方阻为rsq2，并且5ω/sq≤rs1≤300ω/sq，0.1ω/sq≤rs2≤100ω/sq。
34.透明层介质层2的相对介电常数为εr，厚度为h，并且1.0≤εr≤10.0，0.1mm≤h≤20mm。
35.实施例1
36.本实施例提供一种光学透明的宽带吸波器，从上到下依次为：上层风车结构透明导电膜1、透明介质层2、底层透明导电膜层3，各结构层都为中心对称图形。
37.如图3所示，上层透明导电膜单元1为完整导电膜刻蚀成为风车形导电膜图案，所述风车形导电膜图案包括四个相同的长条：第一长条11、第二长条12、第三长条13、第四长条14，第一长条11绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第二长条12，第二长条12绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第三长条13，第三长条13绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第四长条14；四个长条11-14在中间围成一正方型；底层透明导电膜单元3为完整的导电膜。
38.其具体尺寸参数为周期单元结构周长p＝20mm，第一长条导电膜与周期单元顶点距离w1＝4mm，第一长条导电膜长度w2＝15.7mm，第一长条导电膜长度宽度w3＝2.5mm。
39.透明介质层2选择聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，介电常数为2.25，厚度h选择7mm。
40.上层透明导电膜单元1和底层透明导电膜单元3选择导氧化铟锡(ito)，方阻值分别为30ω/sq和20ω/sq。
41.在电磁波垂直入射情况下，其在te模式与tm模式下的反射率曲线如图4所示，在3.34-9.74ghz范围内反射率小于-10db，相对带宽达97.86％，在4.05ghz与8.62ghz存在两
个谐振点，反射率分别为-17.7db和-16db。并且在不同极化模式(te/tm)下反射率曲线重合，具有极化不敏感性。
42.实施例2
43.本实施例提供一种光学透明的宽带吸波器，从上到下依次为：上层风车结构透明导电膜1、透明介质层2、底层透明导电膜层3，各结构层都为中心对称图形；
44.如图3所示，上层透明导电膜单元1为完整导电膜刻蚀成为风车形导电膜图案，所述风车形导电膜图案包括四个相同的长条：第一长条11、第二长条12、第三长条13、第四长条14，第一长条11绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第二长条12，第二长条12绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第三长条13，第三长条13绕导电膜平面中心顺时针旋转90度得到第四长条14；四个长条11-14在中间围成一正方型；底层透明导电膜单元3为完整的导电膜。
45.其具体尺寸参数为周期单元结构周长p＝20mm，第一长条与周期单元顶点距离w1＝5.75mm，第一长条导电膜长度w2＝15.7mm，第一长条导电膜长度宽度w3＝2.25mm。
46.透明介质层2选择聚钠钙玻璃，介电常数为5.5，厚度h选择5.4mm。
47.上层透明导电膜单元1和底层透明导电膜单元3选择导氧化铟锡(ito)，方阻值分别为30ω/sq和5ω/sq。
48.在电磁波垂直入射情况下，其在te模式与tm模式下的反射率曲线如图5所示，在3.83-11.12ghz范围内反射率小于-10db，相对带宽达72.48％，在4.46ghz与9.53ghz存在两个谐振点，反射率分别为-13.9db和-35db。并且在不同极化模式(te/tm)下反射率曲线重合，具有极化不敏感性。
49.实施例3
50.本实施例提供一种所述的光学透明宽带吸波器的制备方法，包括如下步骤：
51.①
选用透明介质层材料，使用磁控溅射方法将导电膜镀在透明介质层材料表面和底面；
52.②
采用四探针测试仪测试连续透明介质层表面和底面的导电膜的方阻，分别制备阻值为5ω/sq≤rs1≤300ω/sq，0.1ω/sq≤rs2≤100ω/sq的系列连续导电膜；
53.③
通过激光刻蚀技术在透明介质层材料系表面上刻蚀出风车形导电膜图案，得到上层透明导电膜单元1，得到一种光学透明宽带吸波器。
54.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。