双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析与验证

廖敦微; 郑月军; 崔浩; 寸铁; 付云起

doi:10.37188/OPE.20223000.0085

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析与验证

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2026-09-11

- 双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析与验证
- Mechanism analysis and verification of double-layer micro-nano structure to enhance electromagnetic shielding
- 光学精密工程 2022年30卷第11期页码：1310-1316
- 作者机构：
  
  1.国防科技大学电子科学学院，湖南长沙 410073
  2.沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳 110000
  3.中为联合创新（平潭）工程研究有限公司，福建福州 350000
- 作者简介：
  
  廖敦微（1985-），男，湖南邵阳人，博士研究生，主要研究方面为电磁功能材料与器件。E-mail： liaodunwei@163.com
  郑月军（1989-），男，江西上饶人，博士，副教授，主要研究方向为电磁功能材料与器件。E-mail： zhengyuejun18@nudt.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61901493)
- DOI：10.37188/OPE.20223000.0085
  中图分类号： TN803
- 收稿：2022-03-01，
  
  修回：2022-03-26，
  
  纸质出版：2022-06-10
- 稿件说明：
移动端阅览
廖敦微,郑月军,崔浩等.双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析与验证[J].光学精密工程,2022,30(11):1310-1316.

LIAO Dunwei,ZHENG Yuejun,CUI Hao,et al.Mechanism analysis and verification of double-layer micro-nano structure to enhance electromagnetic shielding[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1310-1316.
廖敦微,郑月军,崔浩等.双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析与验证[J].光学精密工程,2022,30(11):1310-1316. DOI： 10.37188/OPE.20223000.0085.

LIAO Dunwei,ZHENG Yuejun,CUI Hao,et al.Mechanism analysis and verification of double-layer micro-nano structure to enhance electromagnetic shielding[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1310-1316. DOI： 10.37188/OPE.20223000.0085.

摘要

为了实现对双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析，建立了分析模型并进行了理论公式推导。以方格结构为例，分析了双层微纳结构增强电磁屏蔽效能的机理，推导出双层微纳结构电磁屏蔽的理论计算公式，理论计算与电磁仿真软件CST Microwave Studio全波仿真结果吻合较好。在全波仿真中微纳结构比计算对应波长小2~3个数量级，这验证了机理分析和全波仿真软件计算的正确性。所提供的电磁屏蔽增强机理分析及计算公式可扩展到多层微纳结构，具有通用性。为进一步验证机理分析和全波软件仿真结果的正确性，制备了双层方格微纳结构样件，样件的实测结果与理论和全波仿真结果基本一致，在2~18 GHz内屏蔽效能大于45 dB，平均透光率超过了71%，具有良好的透明屏蔽性能。这一机理分析为高透光和高效电磁屏蔽微纳结构设计提供了理论指导。

Abstract

An analysis model is established and a theoretical formula is deduced to analyze the electromagnetic shielding enhanced by a double-layer micro-nano structure. By using the square structure as an example， the effectiveness of the electromagnetic shielding enhanced by the double-layer micro-nano structure is investigated， and a calculation formula for the electromagnetic shielding of the double-layer structure is derived. In addition， a full-wave simulation is carried out using CST Microwave Studio， the results of which are in good agreement with those of the theoretical calculations. In the full-wave simulation， the micro-nano structure is two-three orders of magnitude smaller than the calculated corresponding wavelength， which verifies the correctness of the mechanism analysis and the calculation of the full-wave simulation software. The analysis of the electromagnetic shielding enhancement mechanism and the provided calculation formula can be extended to the multilayer micro-nano structure， which is universal. To further verify the accuracy of the mechanism analysis and the full-wave software simulation results， a square double-layer micro-nano structure sample is prepared. The measured results of the sample are essentially consistent with the theoretical and full-wave simulation results. The shielding effectiveness is greater than 45 dB in the range of 2-18 GHz， and the average light transmittance exceeds 71%， which has good transparent shielding performance. This mechanism analysis provides theoretical guidance for designing micro-nano structures with increased light transmission and high-efficiency electromagnetic shielding performance.

关键词

Keywords

references

SCHNEIDER J ， ROHNER P ， THUREJA D ， et al . Electrohydrodynamic NanoDrip printing of high aspect ratio metal grid transparent electrodes ［J］. Advanced Functional Materials ， 2016 ， 26 （ 6 ）： 833 - 840 . doi: 10.1002/adfm.201503705 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201503705

PARK J H ， LEE D Y ， KIM Y H ， et al . Flexible and transparent metallic grid electrodes prepared by evaporative assembly ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2014 ， 6 （ 15 ）： 12380 - 12387 . doi: 10.1021/am502233y http://dx.doi.org/10.1021/am502233y

KHAN A ， LEE S ， JANG T ， et al . High-performance flexible transparent electrode with an embedded metal mesh fabricated by cost-effective solution process ［J］. Small ， 2016 ， 12 （ 22 ）： 3021 - 3030 . doi: 10.1002/smll.201600309 http://dx.doi.org/10.1002/smll.201600309

ABBASI S A ， CHAI Z M ， BUSNAINA A . Scalable printing of high-resolution flexible transparent grid electrodes using directed assembly of silver nanoparticles ［J］. Advanced Materials Interfaces ， 2019 ， 6 （ 21 ）： 1900898 . doi: 10.1002/admi.201900898 http://dx.doi.org/10.1002/admi.201900898

WANG W Q ， BAI B F ， ZHOU Q ， et al . Petal-shaped metallic mesh with high electromagnetic shielding efficiency and smoothed uniform diffraction ［J］. Optical Materials Express ， 2018 ， 8 （ 11 ）： 3485 - 3493 . doi: 10.1364/ome.8.003485 http://dx.doi.org/10.1364/ome.8.003485

LIU Y H ， XU J L ， SHEN S ， et al . High-performance， ultra-flexible and transparent embedded metallic mesh electrodes by selective electrodeposition for all-solid-state supercapacitor applications ［J］. Journal of Materials Chemistry A ， 2017 ， 5 （ 19 ）： 9032 - 9041 . doi: 10.1039/c7ta01947e http://dx.doi.org/10.1039/c7ta01947e

JIN S W ， LEE Y H ， YEOM K M ， et al . Highly durable and flexible transparent electrode for flexible optoelectronic applications ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2018 ， 10 （ 36 ）： 30706 - 30715 . doi: 10.1021/acsami.8b10190 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b10190

SMITH H A ， REBBERT M ， STERNBERG O . Designer infrared filters using stacked metal lattices ［J］. Applied Physics Letters ， 2003 ， 82 （ 21 ）： 3605 - 3607 . doi: 10.1063/1.1579115 http://dx.doi.org/10.1063/1.1579115

LU Z G ， WANG H Y ， TAN J B ， et al . Microwave shielding enhancement of high-transparency， double-layer， submillimeter-period metallic mesh ［J］. Applied Physics Letters ， 2014 ， 105 （ 24 ）： 241904 . doi: 10.1063/1.4904466 http://dx.doi.org/10.1063/1.4904466

LU Z G ， LIU Y S ， WANG H Y ， et al . Verification and improvement of equivalent refractive index models for evaluating the shielding effectiveness of high-transmittance double-layer metallic meshes ［J］. Applied Optics ， 2016 ， 55 （ 20 ）： 5372 - 5378 . doi: 10.1364/ao.55.005372 http://dx.doi.org/10.1364/ao.55.005372

WANG H Y ， LU Z G ， LIU Y S ， et al . Double-layer interlaced nested multi-ring array metallic mesh for high-performance transparent electromagnetic interference shielding ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 8 ）： 1620 - 1623 . doi: 10.1364/ol.42.001620 http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.001620

LIU Y M ， HAN Y ， CAO J R ， et al . Wireless communication bandpass optical window with double-layer hexagon aperture FSS array ［C］. Proc SPIE 9446， Ninth International Symposium on Precision Engineering Measurement and Instrumentation ， 2015 ， 9446 ： 223 - 228 . doi: 10.1117/12.2180687 http://dx.doi.org/10.1117/12.2180687

LU Z G ， TAN J B . Analysis of transmitting characteristics of high-transparency double-layer metallic meshes with submillimeter period using an analytical model ［J］. Applied Optics ， 2008 ， 47 （ 29 ）： 5519 - 5526 . doi: 10.1364/ao.47.005519 http://dx.doi.org/10.1364/ao.47.005519

KAIPA C S R ， YAKOVLEV A B ， MEDINA F ， et al . Circuit modeling of the transmissivity of stacked two-dimensional metallic meshes ［J］. Optics Express ， 2010 ， 18 （ 13 ）： 13309 - 13320 . doi: 10.1364/oe.18.013309 http://dx.doi.org/10.1364/oe.18.013309

VOGEL P ， GENZEL L . Transmission and reflection of metallic mesh in the far infrared ［J］. Infrared Physics ， 1964 ， 4 （ 4 ）： 257 - 262 . doi: 10.1016/0020-0891(64)90034-x http://dx.doi.org/10.1016/0020-0891(64)90034-x

ULRICH R . Far-infrared properties of metallic mesh and its complementary structure ［J］. Infrared Physics ， 1967 ， 7 （ 1 ）： 37 - 55 . doi: 10.1016/0020-0891(67)90028-0 http://dx.doi.org/10.1016/0020-0891(67)90028-0

DURSCHLAG M S ， DETEMPLE T A . Far-IR optical properties of freestanding and dielectrically backed metal meshes ［J］. Applied Optics ， 1981 ， 20 （ 7 ）： 1245 - 1253 . doi: 10.1364/ao.20.001245 http://dx.doi.org/10.1364/ao.20.001245

WHITBOURN L B ， COMPTON R C . Equivalent-circuit formulas for metal grid reflectors at a dielectric boundary ［J］. Applied Optics ， 1985 ， 24 （ 2 ）： 217 . doi: 10.1364/ao.24.000217 http://dx.doi.org/10.1364/ao.24.000217

KOHIN M ， WEIN S J ， TRAYLOR J D ， et al . Analysis and design of transparent conductive coatings and filters ［J］. Optical Engineering ， 1993 ， 32 （ 5 ）： 911 - 925 . doi: 10.1117/12.130266 http://dx.doi.org/10.1117/12.130266

浏览量

884

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

光学精密工程 | 兼顾电磁屏蔽与透光率的双层金属栅格结构

反射型超表面彩色滤光结构

等离子吸收器

表面等离子电磁波吸收器发展及应用

车载光电设备电磁兼容的设计

聚晶立方氮化硼脉冲激光烧蚀传热与去除规律