高透光率感性网栅膜的电磁屏蔽

在确保制作感性网栅膜后光学窗红外透射率下降小于5%的前提下,研究了影响感性网栅膜电磁屏蔽特性的主要因素。归纳了感性网栅膜红外透射率公式,运用含阻抗边界条件的谱域Galerkin法推导了周期结构金属网栅的电磁场积分方程,用周期矩量法计算出网栅的反射系数及透射系数,进而求出其电磁屏蔽效能;计算并分析了采用不同线宽、周期、衬底材料、衬底厚度时透明导电光窗(金属网栅膜)的电磁屏蔽效能。最后,采用激光直写、真空镀膜等工艺在ZnS基底上制作了周期为360 μm×360 μm、线宽为12 μm,方块电阻分别为13 Ω、25 Ω的样片,采用自由空间法测试了2~18 GHz频段的电磁屏蔽效能。测试与分析结果表明:当感性网栅膜在8~10 μm波段引起的平均透射率下降小于2%的情况下,电磁屏蔽效能平均达到了20 dB以上。结果显示网栅的光电特性是矛盾的,线宽与周期越小电磁屏蔽效果越好,同时应尽量降低网栅的表面电阻。     

基于电场驱动喷射沉积微尺度3D打印制造金属网栅透明电磁屏蔽玻璃的研究

为了解决大尺寸金属网栅透明电磁屏蔽玻璃高效和低成本制造的难题,提出一种基于电场驱动喷射沉积微尺度3D打印制造金属网栅透明电磁屏蔽玻璃的新方法。通过试验揭示了打印速度对金属网栅(线宽和形貌)的影响及其规律,打印金属网栅的线宽和周期对于透过率和电磁屏蔽效能的影响和规律。利用提出的方法,并结合优化的工艺参数,完成了三个典型工程案例的制造,使用高银含量(质量分数为80%)的纳米银浆(黏度高达20 000 mPa·s),制作金属网栅的面积为100 mm×100mm,线宽是20μm,烧结后金属网栅与玻璃基底的附着力为4 B。其中,金属网栅周期为500μm时,可见光透过率为88%,对常用中高频电磁波屏蔽效能大于26 dB;金属网栅周期为300μm时,可见光透过率为83%,对常用中高频电磁波屏蔽效能大于30 dB;金属网栅周期为150μm时,可见光透过率为67%,对常用中高频电磁波屏蔽效能大于37 dB。结果表明,结合电场驱动喷射沉积微尺度3D打印和高银含量高黏度纳米银浆,为大尺寸高性能透明电磁屏蔽玻璃的批量化制造提供了一种具有工业化应用前景的全新解决方案。     

电场驱动复合微纳3D打印低频透明电磁屏蔽玻璃

为解决大面积高性能低频透明电磁屏蔽玻璃难以低成本批量化制造的挑战性问题,提出一种基于电场驱动微喷射和电镀的复合增材制造新方法,用于制备银镍复合金属网栅低频透明电磁屏蔽玻璃,阐述了制备银镍复合金属网栅的基本原理和工艺流程;通过实验揭示了主要工艺参数(打印电压、打印速度、打印气压、打印高度、电流密度、电镀时间)对制备银镍复合金属网栅电学性能、光学性能的影响规律;并结合优化的工艺参数,制备了线宽10μm、方阻0.76?/sq、网栅透过率90.2%、在低频波段(10 kHz～30 MHz)屏蔽效能大于40 dB的银镍复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃,复合金属网栅与衬底的黏附力为5B,实现了高屏蔽效能和高透过率电磁屏蔽金属网栅的制造,为高性能低频透明电磁屏蔽玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案。     

金属网栅结构参数设计与制作

研究了金属网栅结构参数对其光电特性的影响,并通过工艺实验结果测试,验证了分析计算成果。实验采用清洗、涂胶、光刻、显影、镀膜、去胶、电镀工艺流程,并用激光直写曝光代替掩模投影曝光。在MgF₂基底上制作出线宽7 μm,周期400 μm的金属网栅,在3~5 μm波段上透过率大于75％(基底透过率为83％)、电磁屏蔽效率大于8 dB。结果表明:采用等效电路模型分析雷达波垂直入射时金属网栅屏蔽效率;用等效膜理论分析斜入射对屏蔽效率的影响是有效和简便的,通过遮拦比分析中心零级能量变化来说明金属网栅对红外透过的影响;金属网栅的光电特性的矛盾可以通过减小网栅线宽与周期的比值来解决,网栅周期与屏蔽波段密切相关,因此减小线宽对于满足其光电性能要求更为重要。     

高通光率金属网栅屏蔽效率分析的等效折射率模型

基于Ulrich半实验方法、LZ等效电抗模型和Kohin等效膜方法,建立了一种新型的高通光率金属网栅屏蔽效率分析的等效折射率模型。该模型精确地建立了金属网栅的等效折射率与其结构参数和边界材料折射率的关系,便于分析电磁波任意入射方向时的金属网栅屏蔽效率,并可克服Chen倾斜模型在分析高通光率金属网栅屏蔽效率时的失效问题。为验证建立模型的有效性,用紫外光刻法制备了周期320 μm、线宽4.5 μm和周期160 μm、线宽5.5 μm的两种网栅,并用微波网络分析仪测试了12~18 GHz波段的屏蔽效率。实验与分析表明:建立的新模型的原理计算误差＜2 dB,优于Chen模型和LZ模型的8 dB的原理计算误差和Ulrich模型的4 dB的原理计算误差,说明新模型能更精确地分析高通光率金属网栅的屏蔽效率。     

ITO/Ag光子晶体薄膜的制备及性能

考虑材料的电磁屏蔽特性和可见光透过的矛盾,设计了以铝/氧化铟锡(Ag/ITO)为周期的光子晶体薄膜以实现电磁屏蔽和可见光透过的兼容。首先根据电磁屏蔽和可视的双重需求,优化了光子晶体的组份并对其性能进行了研究。接着采用磁控溅射方法制备了以Ag/ITO为周期的光子晶体薄膜,并对光子晶体薄膜的屏蔽和可见光透光率进行了测试和分析。实验结果表明:这种光子晶体薄膜在金属Ag总膜厚大于可见光趋肤深度而远小于微波波段趋肤深度时,在可见光波段的最高透光率高达55%,而在微波x频率段的屏蔽性能最高可达65dB。通过结构设计,使薄膜的可见光透光率曲线与人眼的敏感曲线相吻合。随着每个周期Ag膜层的厚度增加,方阻相应降低,微波屏蔽性能相应提高。随着周期数的增加,薄膜的可见光透光率没有相应降低、屏蔽性能没有相应提高。设计的光子晶体薄膜在30 MHz~18GHz较宽波段的屏蔽性能均大于40dB。这种设计方法为材料的电磁屏蔽和可见光透明兼容开辟了一条新的技术途径。     

光子计数探测器感应位敏阳极的电子云扩散

针对基于感应位敏阳极的光子计数成像探测器中非晶态Ge(α-Ge)膜的方块电阻对探测器成像性能的影响,研究了方块电阻的选配范围和方法。由于方块电阻的大小会影响Ge膜上的电子云的扩散特性从而影响探测器的计数率和分辨率,故本文根据菲克(Fick)扩散定律分析了吸收边界条件下非晶态薄膜上电子云的扩散特性。确定了电子云扩散时间与Ge膜方块电阻之间的数学关系,推导获得了探测器高质量成像时非晶态Ge膜方块电阻的阻值为30～2 700MΩ/□。采用具有不同方块电阻的感应位敏阳极进行了实际成像实验,结果表明:当Ge膜方块电阻在上述范围时,光子计数探测器在计数率为53kc/s时分辨率可以达到0.5mm。实验结果证明了推导得出的方块电阻选配范围的正确性。     

AuCl3掺杂石墨烯的电磁屏蔽特性研究

石墨烯因具备宽波段高透光性和良好的导电性而有望成为光学窗口的电磁屏蔽材料。采用AuCl3掺杂方式增加少层石墨烯薄膜的载流子浓度,降低表面电阻值。并通过拉曼光谱对掺杂前后石墨烯薄膜进行表征、对比,得到石墨烯薄膜层数、缺陷、掺杂类型及连续性方面的信息。利用各向异性介质的平面波传输线模型,着重考虑化学势对石墨烯电导率的影响,得到宽波段掺杂石墨烯的屏蔽效能曲线。实验采用屏蔽室法对转移在PET表面的石墨烯薄膜进行屏蔽效能测试,结果表明寡层(1~2层)掺杂石墨烯的平均屏蔽效能在6.7dB左右,与计算值符合较好。     

高透光率金属网栅微波/红外二色波组合器

为了实现微波/红外半实物仿真技术中的信号耦合,提出了一种基于高透光率金属网栅的宽频段二色波组合器结构,并建立了金属网栅二色波组合器的微波反射特性和红外透射特性分析模型。为了验证基于高透光率金属网栅的二色波组合器的可行性和分析模型的有效性,利用激光直写工艺在锗基底上制作了金属网栅二色波组合器样片;为了减小倾斜入射时不同极化情况下微波反射率的差异,金属网栅垂直极化和平行极化方向的周期分别设为500μm和400μm。在微波暗室中测量了金属网栅二色波组合器样片在12～18GHz频段的微波反射率,并利用傅里叶红外光谱仪测量了样片在10～12μm波段的红外透射率。计算和测量结果显示,高透光率金属网栅二色波组合器的微波反射率优于-1.5dB,红外透射率约为83%,表明高透光率金属网栅可用作一种新型的宽频段微波/红外二色波组合器。     

基于法布里-珀罗干涉仪的太赫兹波长测试仪

太赫兹波波长的测量在其科研和实际应用中显得日益迫切和重要.介绍了用金属网栅Fabry-Perot(F-P)干涉仪测量太赫兹波波长的原理,阐述了金属网栅的参数设计和波长测量过程,并依此原理推出了计算太赫兹波线宽的公式.     

倾斜入射条件下衬底对金属网栅屏蔽特性的影响

提出了双层膜系分析方法,该方法采用独立网栅等效薄膜模型,将网栅对衬底干涉的影响引入分析,克服了Kohin方法仅考虑衬底干涉的不精确性,并避免了其分析独立网栅的透波率公式在高频和大入射角时存在的不准确性。用紫外光刻在石英衬底上制备了周期为320 μm,线宽为4.5 μm的网栅,测得S波30°入射时12~18 GHz的屏蔽效率大于16 dB,略低于理论值但变化趋势一致,证实了双层膜法的有效性。进而分析衬底影响表明:入射为S波及小于衬底布儒斯特角θ_B的P波时屏蔽效率降低,而入射为大于θ_B的P波时屏蔽效率反常增加;屏蔽效率变化最大值随入射角变化;优化衬底厚度可在不影响网栅透光能力的同时获得最佳屏蔽效果。     

K9基底细薄铜网上的化学镀镍

为进一步提高高通光率网栅的电磁屏蔽性能,满足其环境适应性要求,针对线宽约9μm、膜厚约0.3μm、周期为400μm×400μm的细薄铜网进行了镀镍工艺实验。首先,经涂胶、直写、显影、镀铜、去胶等工序,在K9基底上制备出细薄铜网栅试件。然后,对试件超声波除油,用10%的HCl溶液浸泡试件10～15 s进行镀前活化处理。接着,将试件放入按成分要求配制好的化学镀镍溶液中,在恒温85℃条件下化学镀镍40～60 min。最后,从化学镀镍溶液中取出试件,放入烘箱烘干,缓慢冷却至室温。实验结果显示:得到的试件镀层均匀、结合力强;用同轴法测试网栅化学镀镍后的电磁屏蔽效能达到32 dBm,比未镀镍前提高了11 dBm,且试件镀镍工艺导致的在400～800 nm波段的平均透过率下降小于1%。这些结果表明,在细薄铜网上能够镀制较好的镍层,可以在基本不影响光学透过率的前提下显著提高其电磁屏蔽效能和环境适应性。     

齿轮齿根应力轮齿挠度啮合刚度和端面载荷系数的研究

抛弃把轮齿形状视为悬臂梁的假设,直接从实际齿形出发,以相似理论为基础,通过边界元采样计算和回归分析,建立了齿根应力、轮齿挠度和啮合刚度计算的新方法。分别提出了弯曲与接触强度端面载荷系数的定义式和新的计算式。提出了实际双齿啮合必要和充分条件及实际重合度的概念及公式。提出了一种新的重合度系数公式。比较分析了ISO6336的一些问题。所给齿根应力计算新方法不需种种假设、理论基础先进、实际准确性好、计算大为简化,可以取代W．Lewis的悬臂梁方法。其余所给公式亦较明确合理。     

抗电磁干扰的心电信号监测系统

为了实现电磁干扰环境下的心电信号监测,提出了一种抗电磁干扰的心电信号监测系统。论文给出了输出光电流的计算公式,分析了半波电压及插入损耗对系统灵敏度的影响。利用铌酸锂电光晶体搭建实验系统,测试了5位健康志愿者的心电信号。应用提出的系统和电学心电信号采集系统分别测试了正常环境及电磁环境下志愿者的心电信号。测试结果表明:在正常环境下,本系统能获得与电学心电信号采集系统同样清晰的心电信号波形;在电磁环境下,本系统获得的心电信号优于电学心电信号采集系统。最后定量计算了两者的信噪比,计算结果表明:在电磁干扰下,本系统的信噪比变化量为0.54dB(V2)/0.49dB(V4),而电学心电信号采集系统的信噪比变化量为24.07dB(V2)/16.75dB(V4)。     

基于电场驱动熔融沉积直写和微转印大面积透明电极制造

透明导电电极在触控屏、OLED、有机太阳能电池、电子纸、LCD、透明显示、透明电磁屏蔽等诸多光电子产品领域有着非常广泛的应用,然而,如何实现大面积银网格透明电极的低成本、批量化制造是学术界和产业界共同面临的一项挑战性难题和亟待突破的技术。结合电场驱动熔融沉积直写和液桥微转印技术,提出一种实现大面积透明电极低成本、批量化制造的新方法,通过试验揭示了主要工艺参数（打印床温度、功能材料表面张力、固化条件）对所制造透明电极分辨率和质量的影响及其规律,利用提出的方法并结合优化的工艺参数,实现了图案化面积20 mm×20 mm,线宽4 μm,周期200 μm,透光率88.15%、方阻约12 Ω/sq的纳米银网格透明电极的制造。结果表明,基于电场驱动熔融沉积直写和微转印的大面积透明电极制造方法具有成本低、精度高、一致性好、效率高的显著优势,为大面积透明电极规模化制造提供了一种具有工业化应用前景的全新解决方案。     

有孔金属导体板屏蔽特性的分析

对电小孔的耦合理论进行了总结,给出了计算具有电小孔的无限大金属导体板屏蔽效能的一般方法,讨论和分析了平面波源情况下不同形状孔对屏蔽效能的影响,通过数值计算,得出了一些有意义的结论。     

基于热压罐工艺的电磁防护复合材料机箱研制

针对武器装备减重和电磁屏蔽设计需求,文中采用镀镍碳纤维和碳纤维增强复合材料作为机箱主材料,配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计,利用热压罐成型工艺制备了电磁防护复合材料机箱。按照GJB 151B-2013 的相关要求对机箱的电磁兼容性进行了测试, 测试频率范围为30MHz ~18 GHz, 并验证了所用成型工艺的可行性。测试结果表明,与相同结构的铝制机箱相比,该机箱质量降低了31. 4%,其电磁兼容性满足RE102 辐射极限值要求。采用该工艺制作的碳纤维电磁防护机箱具有质量轻、强度高、成型快、成本低、屏蔽性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。