光学透明宽频微波吸收材料的设计、制备与表征研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiamen88
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微波吸收材料在电子、通讯、军事等领域有着非常重要的应用,传统微波吸收材料(如碳化硅泡沫陶瓷、碳基铁粉、纳米复合材料等)虽然具有宽频高吸收功能,但在可见光波段并不透明。实现可见光高透与微波宽频高吸收功能一体化具有重要的学术价值和应用前景。国内外对光学透明微波吸收材料的研究局限于透明导电高聚物、Salisbury屏等,该类材料吸波带宽窄、厚度大,难以获得应用。  本课题创新性地将透明导电薄膜制备技术与超材料设计技术相结合,以透明导电薄膜和具有特定电磁参数的透明介质层取代传统超材料中的金属电路结构和不透明介质层,实现了可见光波段高透与微波波段宽频高吸收的功能一体化。系统研究了导电薄膜的周期结构及阻值、介质层电磁参数及厚度与微波吸收体的吸波带宽与吸收能力之间的关系,以及吸波材料制备过程中透明导电薄膜、透明介质层等关键材料制备与筛选研究。取得了以下创新性成果:  1.通过对周期结构吸波体中的薄膜电路及阻值、介质层厚度及介质层电磁参数等多变量的协同优化与设计,获得2~18GHz微波波段反射衰减优于-10dB、400~800nm可见光波段透过率高于70%的四层复合透明宽频微波吸收材料。  2.以降低吸波带宽对介质层厚度的依赖为目标,通过多数学算法的协同优化技术,设计制备了一种三层复合透明宽频微波吸收结构,其在2.4~18GHz频率范围内反射低于-10dB,即在基本不影响吸波带宽的前提下,可将吸波体在400~800nm可见光透过率最高于75%。  3.进一步设计制备了多种具有薄膜电路结构的超薄透明宽频夹层微波吸收材料,通过基于复杂电路设计的水平拓频技术实现了4~18GHz微波波段反射衰减优于-10dB、400~800nm可见光透过率高于80%,大幅拓展了材料的工程化应用前景。系统研究了薄膜阻值及介质层与吸收频带宽度之间的关系,为新型超薄光学透明宽频微波吸收材料的设计提供了理论基础。  4.以实现透明导电薄膜的阻值可控制备为目标,提出通过氧流量单参数调节实现低温溅射制备ITO薄膜阻值在35Ω/□-1000Ω/□范围内的宽幅可调。在此基础上,实现了透明宽频微波吸收结构从理论模型到原理样件的突破,为材料的工程化制备提供了有效的支撑。  5.以提高微波吸收材料光学透过率为目标,探索了石墨烯薄膜在超材料吸波结构中的应用,研究了CVD法中各参数如镍催化层厚度、生长时间、生长温度、预退火等对石墨烯生长的影响,在透明基材石英玻璃上获得了光学透过率高于90%的导电石墨烯薄膜,为光学高透宽频微波吸收材料设计与制备提供了新的思路。
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