透明导电薄膜的广阔应用前景引起了众多科研人员的关注，其中一个主要研究方向是解决高透光与高导电（高电磁屏蔽）之间的矛盾。针对这一矛盾，国防科技大学郑月军副教授等主要对双层金属栅格结构增强电磁屏蔽特性进行了研究，推导出双层金属栅格结构电磁屏蔽理论计算公式，并与电磁仿真软件CST全波仿真结果进行了对比，结果吻合较好。加工了样件并进行测试，在2~18GHz屏蔽大于45 dB，平均透光率超过了71%，总体性能较好。
该项工作为高性能透明导电薄膜设计提供了理论指导，通过适当增加透明介质厚度或者金属栅格结构层数，在略微损失透光率下大幅提升导电性能/电磁屏蔽，设计出高透光高导电性能的透明导电薄膜，应用于航空飞行器的光学窗口中能有效提升光学和电磁性能，应用于触摸屏领域提升用户触控体验。
上述成果以“双层微纳结构增强电磁屏蔽的机理分析与验证”为题，作为封面文章发表在《光学 精密工程》（EI、Scopus 收录，中文核心期刊，2021中国国际影响力优秀学术期刊）2022年第13期上。
问与答（Q&A）
采访人：曹金（《光学 精密工程》 科学编辑）
受访嘉宾：郑月军（国防科技大学 副教授）
Q1: 请介绍一下金属栅格的结构特点和主要用途。
A1：金属栅格是一种人工可设计的图案化金属微结构，这种金属微结构的尺寸在微米尺度，人眼几乎看不见，因此在众多的光学窗口中有广泛用途，可用于民航客机和大型船舶等光学窗口中阻隔外来电磁信号，可用于透明吸波光学窗口的导电反射层，还可作为触摸屏面板的触控层等。
Q2: 与传统的ITO透明导电薄膜相比，金属栅格结构的优势有哪些。
A2：氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜受材料自身因素限制较多，比如ITO对光的吸收率随厚度增加而增加，ITO越厚，导电性越好，但是光学透过率越低，导致ITO导电性与透光率相互制约，并且与金属相比，ITO质地较脆，导致薄膜易开裂影响性能。金属栅格结构选用金属材料，采用微纳工艺制备，形成镂空结构。以论文中的方形金属栅格为例，其结构类似于金属环，单元方环整体尺寸在120 μm，环宽5 μm，除了四周环宽金属部分不透光，中间的110μm×110 μm镂空部分均可透光，通过设计方环整体尺寸控制导电性，在保持导电性下能大幅提升透光率，可解决ITO导电性与透光率相互制约的问题，且金属材料具有一定延展性，不易断裂。
Q3: 请详述双层金属栅格结构增强电磁屏蔽性能的机理。
A3：双层金属栅格结构由上、下两层金属栅格结构和一定厚度的透明介质支撑结构组成。运用传输线理论进行分析，单层金属栅格结构等效为感性导纳，因此由透明介质隔开的双层金属栅格结构等效为由短传输线连接的两个并联感性导纳，与单层结构相比，双层结构整体的感性导纳显著降低，减小了电磁波透过率，进而增强了电磁屏蔽性能。
Q4: 采用多层设计可以提高金属栅格结构的电磁屏蔽性能，层数的增加是否会影响透光率，如何解决透光率与电磁屏蔽性能相互制约的问题。
A4：理论上金属栅格结构层数的增加不会影响透光率，但是实际研制中受制于加工工艺。在机理分析中，多层金属栅格结构层与层之间是相互对正的，但是要在微米尺度进行这样的对正，对于工艺实现来说是比较有挑战的。受加工工艺影响，论文中研制样品的透光率为71%（理论上有75.6%，均包含了透明介质带来的透光率损耗）。
针对透光率与电磁屏蔽性能相互制约的问题，由双层金属栅格结构电磁屏蔽理论计算公式可知，双层栅格结构层与层之间的间距与电磁屏蔽密切相关，方法一是增加透明介质厚度，通过增加透明介质厚度，在略微损失透光率下大幅提升电磁屏蔽；方法二是提升工艺对正水平下采用多层结构，通过采用多层结构并对正，也可在略微损失透光率下大幅提升电磁屏蔽。
Q5: 请介绍一下目前您研究团队所做的代表性工作以及成果。
A5：目前团队正致力于电磁功能材料与器件、量子微波测量方面的研究工作。在电磁功能材料与器件方面，课题组具有多年理论和技术研究积淀，取得了以吸透一体、透明导电、透明吸波为代表的一批重要科研成果，在低可探测和目标特性调控方面具有重要价值。目前还致力于基于相变机理的电磁功能材料与器件的研究工作，突破大规模、低成本、高性能等应用难题。在量子微波测量方面，主要研究基于里德堡原子的电磁感知技术及系统应用，以里德堡原子与电磁场相互作用为基础，重点开展接收机灵敏度增强、接收性能分析与评估、波形适应性分析与波形设计、光电系统融合集成技术等研究，目前已在超宽带信号接收、电子信息系统应用功能验证、系统小型集成等方面取得了一系列创新成果。
研究团队带头人
付云起，国防科技大学教授、博士生导师。2004年博士毕业于国防科技大学，2009年美国俄亥俄州立大学访问学者，入选教育部新世纪人才支持计划。主持国家和军队级科研项目20余项。在国内外期刊发表学术论文100多篇，其中SCI收录60余篇，引用1000多次，多篇论文进入ESI前1%，授权专利20余项，编写教材和专著3部，指导的学生多次获军队（省）级优秀硕博士学位论文。目前主要研究方向为电磁功能材料与器件、量子微波测量，致力于带领团队从物理底层的新原理、从微纳制造的赋能、从军民领域的实际应用开展创新研究。
付云起教授团队合影