一种基于FSS的夹层玻璃结构及其制备方法与流程

一种基于fss的夹层玻璃结构及其制备方法
技术领域
1.本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种基于fss的夹层玻璃结构及其制备方法。


背景技术：

2.随着无线通信系统的发展，智能手机、笔记本电脑和平板电脑等便携式设备已经成为人类生活的重要组成部分。这些无线技术的使用一直在快速发展，特别是在未知的频段内的无线应用，这对人类健康以及对各种电气/电子设备存在潜在威胁。研究表明，wi-fi/wlan信号是污染电磁环境的基本因素之一，而每个国家都有特定的全球移动通信系统(gsm)频段(例如：gsm1900：1900mhz)和无线电功率额定值(2.4ghz/5ghz)的标准；在特定的场所中，如屏蔽建筑房间、重症监护病房(icu)、研究中心等，屏蔽电磁干扰存在一定的必要性。
3.频率选择表面(fss)反射体可实现选择性屏蔽，不需要的频带被反射，其他频带被允许通过，因此收到了广大研究人员的青睐。随着新的制造技术的发展，如导电油墨的丝网印刷，为fss提供了新的应用的灵活性和透明度，也为玻璃等透光介质中设计磁屏蔽功能提供了发展条件。
4.现有技术中应用于透光材料的频率选择表面(fss)包括：
5.1)如图1所示，该设计从分形交叉偶极子演变为实现双频响应，偏振不敏感，和广角具有小型化尺寸的入射稳定性，两轴对称结构有助于为事件提供稳定的频率响应具有不同偏振角的波，最大60
°
。获得了从0.71到1.25ghz和从1.73到2.16ghz低于-10db的反射性能，但是其仅用于gsm频率屏蔽，未能屏蔽wlan波段电磁波。
6.2)如图2所示，一种直接在窗玻璃上实现的用于wi-fi和wlan屏蔽应用的双波段、偏振不敏感的频率选择表面(fss)。该fss是用铜箔直接层压和蚀刻在玻璃基板上实现的，同时保持86％的透明度，以保证足够的光通过；同时该设计采用了环形环和改进的花形几何形状，分别抑制了2.45ghz和5.5ghz频段，但对频谱的其余部分无效，无法针对常见的gsm/wlan信号进行屏蔽。


技术实现要素：

7.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于fss的夹层玻璃结构，能有效屏蔽gsm和wlan波段电磁波，且设计的fss单元体积较小，使得夹层玻璃结构保持较高的透明度。
8.本发明的目的之二在于提供一种基于fss的夹层玻璃结构的制备方法，其制备成本低，操作简单，可大规模生产。
9.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
10.一种基于fss的夹层玻璃结构，包括依次层叠的第一玻璃层、频率选择表面层和第二玻璃层，所述频率选择表面层包括周期排列的fss单元，所述fss单元由圆环和位于所述
圆环内部的缝隙型三级子构成。
11.进一步地，所述第一玻璃层和第二玻璃层的相对介电常数εr＝6.5-7，厚度均为1-4mm。
12.进一步地，所述频率选择表面层的材料为银导电层，厚度为5-20μm。
13.进一步地，所述缝隙型三级子包括三个结构相同的延伸部，相邻延伸部的夹角为120
°
，且所述缝隙型三级子内部为中空结构。
14.进一步地，所述圆环的圆心和缝隙型三级子的几何中心重合。
15.进一步地，相邻fss单元的间距为0.5-2mm；所述fss单元中，所述圆环的外径r＝9-10mm，厚度w1＝0.1-0.8mm；所述延伸部的长度a＝6.4-7.4mm，宽度d＝2.9-3.4mm，厚度w2＝0.1-0.8mm。
16.进一步地，所述夹层玻璃结构用于屏蔽gsm和wlan波段电磁波。
17.进一步地，所述夹层玻璃结构能抑制频率分别为1.94
±
0.2ghz、3.55
±
0.3ghz和4.98
±
0.2ghz的电磁波。
18.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
19.一种基于fss的夹层玻璃结构的制备方法，用于制备所述的基于fss的夹层玻璃结构，包括以下步骤：
20.s1，取第二玻璃层，将导电银浆采用丝网印刷工艺印刷在第二玻璃层上，真空干燥，形成频率选择表面层；
21.s2，取第一玻璃层覆盖于所述频率选择表面层上，高温压合，得到所述基于fss的夹层玻璃结构。
22.进一步地，所述丝网印刷工艺具体为：用刮刀以40-50
°
的角度和45-55mm
·
s-1
的恒定速度刮过丝印网版，将导电银浆印刷到第二玻璃层上。
23.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
24.本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构，能有效屏蔽gsm和wlan波段，抑制1.94ghz，3.55ghz和4.98ghz频段，且在工作频点对电磁波的吸收最高能达到50db；同时具有优秀的入射波角稳定性，在入射角达到60
°
时，仍具有良好的屏蔽效果。
25.本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构的制备方法，其制备成本低，操作简单，产品性能稳定，设计的fss单元体积较小，使得夹层玻璃结构保持较高的透明度；相比常规工艺的印刷在pet薄膜上再粘贴在玻璃基板上，本发明可以避免粘贴过程中两者间产生的气泡，从而减小对材料的性能影响；相较于覆铜刻蚀法，本发明的制备方法的制备成本低，操作简单。
附图说明
26.图1是现有技术中吸波结构及其吸波率曲线图。
27.图2是现有技术中另一个吸波结构及其吸波率曲线图。
28.图3是本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构的截面图。
29.图4是本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构中频率选择表面层的结构示意图。
30.图5是本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构的吸波率曲线图。
31.图6是本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构在te极化下传输系数随入射角变化
图。
32.图7是本发明的一种基于fss的夹层玻璃结构在tm极化下传输系数随入射角变化图。
33.其中，1、第一玻璃层；2、频率选择表面层；3、第二玻璃层。
具体实施方式
34.下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
35.实施例1
36.一种基于fss的夹层玻璃结构，如图3-4所示，包括依次层叠的第一玻璃层1、频率选择表面层2和第二玻璃层3，所述频率选择表面层2包括周期排列的fss单元，所述fss单元由圆环和位于所述圆环内部的缝隙型三级子构成。
37.进一步地，所述第一玻璃层1和第二玻璃层3均为高透明玻璃，相对介电常数εr＝6.7，厚度均为2mm。
38.进一步地，所述频率选择表面层2的材料为银导电层，厚度为12μm。所述频率选择表面层2可按照其面积大小周期排列的适量的fss单元，示例性的，本实施例中设有四个等距分布的fss单元；fss单元几何参数l＝20mm，所述圆环的外径r＝9.5mm，即相邻fss单元之间的最小间距为1mm。本实施例中所述缝隙型三级子包括三个结构相同的延伸部，相邻延伸部的夹角为120
°
，且所述缝隙型三级子内部为中空结构；所述圆环的圆心和缝隙型三级子的几何中心重合。所述圆环的外径r＝9.5mm，厚度w1＝0.6mm；所述延伸部的长度a＝6.9mm，宽度d＝3mm，厚度w2＝0.6mm。
39.一种基于fss的夹层玻璃结构的制备方法，包括以下步骤：
40.s1，用酒精清洗玻璃衬底并进行烘干后作为第二玻璃层3，将导电银浆采用丝网印刷工艺印刷在第二玻璃层3上，将带有印刷图案的第二玻璃层3放至真空干燥箱中退火以蒸发溶剂，形成频率选择表面层2；其中，导电银浆为含80％纳米银导电填料的导电油墨；所述丝网印刷工艺具体为：用刮刀以45
°
的角度和50mm
·
s-1
的恒定速度刮过放在pet上的丝印网版，在剪切力的作用下将导电银浆印刷到第二玻璃层3上；
41.s2，4)用异丙醇和肥皂水清洗另一块玻璃，去除灰尘颗粒和其他杂质，作为第一玻璃层1，覆盖于所述频率选择表面层2上，高温预压后，高温高压进行压合处理后，使两块玻璃永久粘合为一体，得到所述基于fss的夹层玻璃结构。
42.本实施例的一种基于fss的夹层玻璃结构，能有效屏蔽gsm和wlan波段，同时具有优秀的入射波角稳定性，设计的fss单元体积较小，使得夹层玻璃结构保持较高的透明度。
43.实施例2
44.一种基于fss的夹层玻璃结构，如图3-4所示，包括依次层叠的第一玻璃层1、频率选择表面层2和第二玻璃层3，所述频率选择表面层2包括周期排列的fss单元，所述fss单元由圆环和位于所述圆环内部的缝隙型三级子构成。
45.进一步地，所述第一玻璃层1和第二玻璃层3均为高透明玻璃，相对介电常数εr＝6.5，厚度均为1mm。
46.进一步地，所述频率选择表面层2的材料为银导电层，厚度为8μm。所述频率选择表
面层2可按照其面积大小周期排列的适量的fss单元，示例性的，本实施例中设有四个等距分布的fss单元；fss单元几何参数l＝19mm，所述圆环的外径r＝9mm，即相邻fss单元之间的最小间距为1mm。本实施例中所述缝隙型三级子包括三个结构相同的延伸部，相邻延伸部的夹角为120
°
，且所述缝隙型三级子内部为中空结构；所述圆环的圆心和缝隙型三级子的几何中心重合。所述圆环的外径r＝9mm，厚度w1＝0.5mm；所述延伸部的长度a＝6.8mm，宽度d＝2.9mm，厚度w2＝0.5mm。
47.一种基于fss的夹层玻璃结构的制备方法，包括以下步骤：
48.s1，取第二玻璃层3，将导电银浆采用丝网印刷工艺印刷在第二玻璃层3上，真空干燥，形成频率选择表面层2；导电银浆为含80％纳米银导电填料的导电油墨；所述丝网印刷工艺具体为：用刮刀以45
°
的角度和50mm
·
s-1
的恒定速度刮过丝印网版，将导电银浆印刷到第二玻璃层3上；
49.s2，取第一玻璃层1覆盖于所述频率选择表面层2上，高温压合，得到所述基于fss的夹层玻璃结构。
50.本实施例的一种基于fss的夹层玻璃结构，能有效屏蔽gsm和wlan波段，同时具有优秀的入射波角稳定性，设计的fss单元体积较小，使得夹层玻璃结构保持较高的透明度。
51.实施例3
52.一种基于fss的夹层玻璃结构，如图3-4所示，包括依次层叠的第一玻璃层1、频率选择表面层2和第二玻璃层3，所述频率选择表面层2包括周期排列的fss单元，所述fss单元由圆环和位于所述圆环内部的缝隙型三级子构成。
53.进一步地，所述第一玻璃层1和第二玻璃层3均为高透明玻璃，相对介电常数εr＝7，厚度均为3mm。
54.进一步地，所述频率选择表面层2的材料为银导电层，厚度为5μm。所述频率选择表面层2可按照其面积大小周期排列的适量的fss单元，示例性的，本实施例中设有四个等距分布的fss单元；fss单元几何参数l＝22mm，所述圆环的外径r＝10mm，即相邻fss单元之间的最小间距为2mm。本实施例中所述缝隙型三级子包括三个结构相同的延伸部，相邻延伸部的夹角为120
°
，且所述缝隙型三级子内部为中空结构；所述圆环的圆心和缝隙型三级子的几何中心重合。所述圆环的外径r＝10mm，厚度w1＝0.6mm；所述延伸部的长度a＝7mm，宽度d＝3.2mm，厚度w2＝0.6mm。
55.一种基于fss的夹层玻璃结构的制备方法，包括以下步骤：
56.s1，取第二玻璃层3，将导电银浆采用丝网印刷工艺印刷在第二玻璃层3上，真空干燥，形成频率选择表面层2；导电银浆为含80％纳米银导电填料的导电油墨；所述丝网印刷工艺具体为：用刮刀以45
°
的角度和50mm
·
s-1
的恒定速度刮过丝印网版，将导电银浆印刷到第二玻璃层3上；
57.s2，取第一玻璃层1覆盖于所述频率选择表面层2上，高温压合，得到所述基于fss的夹层玻璃结构。
58.本实施例的一种基于fss的夹层玻璃结构，能有效屏蔽gsm和wlan波段，同时具有优秀的入射波角稳定性，设计的fss单元体积较小，使得夹层玻璃结构保持较高的透明度。
59.性能测试
60.利用商业电磁仿真软件cst对本发明的实施例1的一种基于fss的夹层玻璃结构的
吸波性能和带宽进行仿真计算，仿真计算频率为0～6ghz，结果如图5所示；同时将实施例2-3的吸波结构进行相同的测试，结果与图5相似。
61.如图5所示，本发明的夹层玻璃结构能抑制1.94ghz，3.55ghz和4.98ghz频段，对电磁波的吸收最高能达到50db，证明本发明可有效屏蔽gsm和wlan波段。
62.如图6-7所示，通过分别采用te极化和tm极化，入射角分别为0
°
、30
°
、45
°
和60
°
下进行测试，发现不同的入射角对传输系数无显著的影响，在入射角达到60
°
时，仍具有良好的屏蔽效果。
63.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。