電磁屏蔽玻璃研究與發展現狀

郭 晨，楊利青，萬 瑞，關永帽，陳 超，王鵬飛

(1.中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室，西安 710119；2.中國科學院大學材料與光電研究中心，北京 100049)

0 引 言

隨著現代社會與科技迅速發展，電子儀器與通信設備的使用規模日益擴大。作為最重要的信息傳遞介質，電磁波給人類社會帶來了極大的便利，但與此同時也帶來了許多負面影響：電磁干擾(electromagnetic interference, EMI)會影響其他計算機、通信或電氣設備的正常運行；軍事或商業設備的電磁波信號泄露可能會導致泄密；中、低頻電磁波可能會對人體造成損害，使人出現中樞神經系統功能失調等病癥[1-3]。

電磁屏蔽材料是一種可以阻止電磁波從干擾源向敏感器件傳播和擴散的材料，是電磁屏蔽過程的關鍵，也是實現電磁輻射防護的重要手段[3-6]。電磁屏蔽玻璃是結合了電磁屏蔽技術的特種玻璃，具有電磁屏蔽功能，能保證內部電子器件在復雜電磁環境下正常運行，同時也具備高光學透過率，可確保光學成像、激光制導的準確性。在國防軍事、航空航天、醫療監護、精密儀器等領域，電磁屏蔽玻璃廣泛應用于各種場景。如各類智能設備的電子顯示屏需要電磁屏蔽玻璃，以保護內部光電元件,避免電磁泄漏；方艙、指揮車以及特定醫療設備的觀察窗需要電磁屏蔽玻璃，以應對電磁干擾,減少電磁輻射,保證使用人員的身體健康；導彈導引頭、光電探測器系統的光學窗口需要電磁屏蔽玻璃，以在復雜環境下實現精準制導的功能。目前實際工業化生產、商業化應用最廣的電磁屏蔽玻璃仍然是傳統的氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)玻璃以及金屬網柵玻璃，但其在光電性能、應用場景、制作成本上都存在諸多不足[1-8]。

屏蔽效能(shielding effectiveness, SE)是衡量材料電磁干擾屏蔽功能的指標(式(1)～(3))，定義為：不存在屏蔽體時某處的電場強度E0(或磁場強度H0、功率密度P0)與存在屏蔽體時同一處的電場強度Es(或磁場強度Hs、功率密度Ps)之比。Schelkunoff電磁屏蔽理論將電磁屏蔽效能分為吸收損耗(SEA)、反射損耗(SER)和多重反射損耗(SEM)(如圖1所示)，并利用傳輸線模型提出了常用的計算均勻屏蔽材料屏蔽效能的公式(式(4)～(7))[7]。材料的電磁屏蔽效能與電磁波頻率(f)、材料厚度(d)、相對磁導率(μr)、相對電導率(σr)、場源距屏蔽材料距離(r)等物理參數密切相關。整體而言，材料的厚度越厚，電導率越大，磁導率越大，電磁波頻率越高，材料的電磁屏蔽效能越高。

圖1 電磁屏蔽玻璃的屏蔽機制示意圖

(1)

(2)

(3)

SE=SEA+SER+SEM

(4)

(5)

(6)

SEM=10 lg[1-2×10-0.1SEAcos(SEA)+10-0.2SEA]

(7)

因此，目前電磁屏蔽玻璃的主要研究思路是：以具有良好光學透明度的玻璃材料(如熔石英玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)有機玻璃等)為基底，在表面制備具有高電導率或高磁導率的結構，在不影響光學透過率的前提下在特定的波段賦予其電磁屏蔽功能。電磁屏蔽玻璃按照結構類型可分為膜層類結構、網柵類結構和復合結構三類。本文將主要論述這三類結構電磁屏蔽玻璃的研究現狀、性能特點及其優劣之處。

1 膜層類結構電磁屏蔽玻璃

膜層類結構電磁屏蔽玻璃(如圖2所示)一般以玻璃為基底，并疊加透明導電薄膜、增透膜、防護膜等其他功能膜層，最終實現兼具光學透明和電磁屏蔽效能的功能。其優勢在于材料的各個膜層性質較為均一，并且可通過靈活設計不同膜層的性質，以滿足多種功能需求(如與減反膜組合提高整體透光率，與石墨烯或其他碳納米材料組合提高其吸收微波的能力，調整膜層厚度以改變電磁屏蔽波段等)；其缺點在于多數膜層的厚度必須被限制在百納米及以下量級，否則材料整體的光學透過率會大幅度下降，并且對制備工藝的要求較高。

圖2 膜層類結構電磁屏蔽玻璃示意圖

金屬材料作為傳統的導電材料以及電磁屏蔽材料，具有高的電導率，但只有加工成某些特定結構才具備透光性。20世紀70年代，科學家發現納米尺度的貴金屬膜具有良好的光學透過率，因此往往將金屬材料與氧化物摻雜或復合制作成納米級厚度的透明導電薄膜。目前研究較多的透明導電薄膜包括氧化銦錫(ITO)、F摻雜SnO2(FTO)、Co摻雜SnO2(CTO)、Al摻雜ZnO(AZO)、Ga摻雜ZnO(GZO)、CuS、PbO等薄膜。其中，ITO薄膜是技術最成熟、商業化應用最多的透明導電薄膜，它具有致密、高硬度、高耐磨性、易刻蝕成一定形狀的電極圖形等物理性能，在可見光波段的透過率為85%左右，在1～2.4 GHz波段的電磁屏蔽效能約為25 dB。但ITO材料也有諸多缺陷，如機械柔性差，在應變或彎曲下容易產生裂紋甚至碎裂；在曲率較大的基底材料(如飛機駕駛艙窗口)上沉積工藝難度高，會產生許多額外成本等[9-11]。單層石墨烯也具有較高的透過率(可達到91%)和電導率，但其在2.2～7 GHz時的電磁屏蔽效能僅有2.27 dB[10]，多層堆疊石墨烯又會導致透過率下降，在大面積制備工藝上也存在諸多挑戰，因而石墨烯很少單獨用作電磁屏蔽玻璃的透明導電薄膜，一般是在復合結構電磁屏蔽玻璃中發揮其性能。

1.1 金屬/金屬氧化物透明導電薄膜的制備工藝

制備透明導電薄膜的工藝十分重要，不同的工藝條件會影響薄膜的生長過程，進而影響薄膜的連續性、厚度和粗糙度等性質，最終影響其光電特性。目前制備透明導電薄膜的工藝包括磁控濺射法、超聲輔助噴霧熱解沉積法、原子層沉積法[12-15]等?？傮w而言，透明導電薄膜的制備對工藝要求比較高，需要對沉積速率、靶材、沉積溫度、環境等多種因素進行精準把控，以達到較高的可見光透過率和電磁屏蔽效能。

美國密歇根大學的L.Jay Guo和我國哈爾濱工業大學的陸振剛研究團隊[12]采用濺射法制備了超薄(厚度8 nm)的Cu摻雜Ag膜，并與ITO薄膜構建了電介質-金屬-電介質的復合膜結構。由于引入Cu摻雜劑抑制Ag的三維生長模式，該薄膜具有較低的粗糙度(粗糙度<1 nm)。土耳其航空航天先進材料中心的Nursev Erdogan團隊[13]采用磁控濺射技術制備了ITO/Au/ITO多層薄膜，研究了ITO和Au層的沉積時間對薄膜光電性質的影響，確定了最優沉積工藝，并證明ITO層中添加金屬層能夠調整薄膜的結晶度和形貌，進而提升膜層整體電導率和光學透過率。韓國首爾國立科技大學的Park等[14]采用超聲輔助噴霧熱解沉積法制備了CTO薄膜，Co離子的摻雜提高了薄膜的磁導率并降低了載流子濃度，進而提高了薄膜的電磁屏蔽效能和光學透過率。美國布朗大學的Gustavo E.Fernandes團隊和韓國Do-Joong Lee團隊[15]采用原子層沉積法制備了Al摻雜ZnO超晶格薄膜，交替生長的AlOx和ZnO納米(厚度3～8 nm)結構使膜層整體具備高電導率和高光學透過率，并研究了Al摻雜濃度對薄膜光電性質的影響，得出薄膜電導率隨著Al摻雜濃度的升高而升高的結論。

1.2 金屬/金屬氧化物透明導電薄膜的光學設計

為提升透光率及電磁屏蔽性能，也有研究者對金屬/金屬氧化物薄膜的結構進行光學設計，其中法布里-珀羅諧振腔(Fabry-Perot resonance cavity)結構的設計取得了較好效果。法布里-珀羅諧振腔是光學諧振腔中的一種，又名平面平行腔，一般由兩片具有一定反射率的平行平板組成。在法布里-珀羅諧振腔內，平行于諧振腔軸線的光線經平行平面反射鏡反射后傳播方向仍平行于軸線，始終不會逸出腔外?；诖颂匦?，法布里-珀羅諧振腔常被用于構建各種類型的激光器。而在電磁屏蔽領域中，則采用兩層平行的反射式平板(一般為超薄金屬/金屬氧化物透明導電薄膜)構成法布里-珀羅諧振腔，并可以通過調節中間介質層的厚度提升整體結構在特定頻率下的電磁屏蔽效能。

中國科學院寧波材料技術與工程研究所魯越暉等[16]設計了一種氧化物夾超薄銀層(silver layer sandwiched by oxides，SLSO)結構(如圖3所示)的電磁屏蔽玻璃，雙面SLSO(D-SLSO)結構具有雙重作用：組成微波電磁波法布里-珀羅諧振腔，提高電磁屏蔽效能，同時作為可見光的增透涂層提高可見光透過率。L.Jay Guo研究團隊和陸振剛研究團隊[17]也開展了類似結構的研究，將單層石墨烯和透明超薄(厚度8 nm)Cu摻雜的Ag層作為吸收和反射層，并將熔石英作為中間介電層，構建了不對稱的法布里-珀羅諧振腔(如圖4所示)，可以在13.75 GHz達到>99.5%的微波吸收率。

圖3 SLSO結構的微波電磁波法布里-珀羅諧振腔[16]

圖4 單層石墨烯/超薄Cu摻雜Ag層/熔石英/聚對苯二甲酸乙二醇酯構建不對稱的法布里-珀羅諧振腔[17]

2 網柵類結構電磁屏蔽玻璃

網柵類結構電磁屏蔽玻璃(如圖5所示)主要通過金屬相互連接構成導電網絡來實現電磁屏蔽功能，而金屬本身的尺寸極小(一般是納米至微米尺度)，較大的占空比提供了從可見光到紅外波段的高透光率。通過設計金屬網柵的材料、形狀、線寬(a)、周期(p)、高度(h)等相關參數，可以對金屬網柵的屏蔽效能和透光率進行調節和優化。根據金屬網柵的不同形狀，可將其分為方形金屬網柵、異形金屬網柵和隨機金屬網柵。

圖5 網柵類結構電磁屏蔽玻璃示意圖

2.1 方形金屬網柵

方形金屬網柵即為周期排列的正方形網格，網柵材料主要是導電性良好的金屬，如Ag、Au、Al、Cu、Fe、Ni等，目前主要采用紫外光刻、離子束刻蝕、化學刻蝕、激光直寫[18-23]等制備工藝。方形金屬網柵的材料和結構共同決定了透光率和屏蔽性能:網柵的線寬越小，網格越大，透光率越高，但屏蔽效能會越低；反之，線寬越大，網格越小，透光率會變小,而屏蔽效能越高。目前研究表明，方形金屬網柵結構的可調節性好，但周期性方格結構會導致可見光通過時發生高級次衍射，產生莫爾條紋，最終影響材料的光學成像質量。

一般而言金屬網柵的線寬主要為微米量級到亞毫米量級，為了保證金屬網柵結構在高屏蔽效能的同時具有高透過率，研究者嘗試將金屬網柵的線寬進一步縮小。例如，中國科學院光電技術研究所羅先剛研究團隊[18]采用i-線(365 nm)紫外光刻和離子束刻蝕技術(如圖6所示)，在石英玻璃(1 mm厚)襯底上成功制備出線寬850 nm、周期12 μm的納米級Cr(10 nm)/Cu(500 nm)復合金屬網柵，單層網柵透過率>80%，在電磁波寬入射角情況下,500 MHz～18 GHz平均SE達47.8 dB，18～40 GHz平均SE達42.9 dB，這是目前為止單層金屬網柵可達到的最高電磁屏蔽效能水平。

圖6 紫外光刻和離子束刻蝕技術制備納米級Cr/Cu金屬網柵[18]

在其他參數不變的情況下，網柵厚度的增加有利于提升其電磁屏蔽性能，但網柵的厚度/線寬比受到一定的限制。為了提升該類結構材料的屏蔽效能，研究者嘗試將雙層乃至多層網柵疊加在一起。陸振剛研究團隊[19]將石英玻璃基底隔開的兩層亞毫米周期方形鋁網間的間隔增大，使電磁屏蔽效能提高了7 dB(12～18 GHz)，而可見光透射率幾乎不變。該團隊[20]還使用角譜傳播理論分析了雙層金屬網不同周期、線寬和厚度的透射特性，研究了雙層金屬網柵之間的旋轉角度對衍射光斑強度分布的影響,分析結果表明，旋轉失調對衍射光斑強度分布有顯著影響，大周期和小線寬的網柵參數有利于獲得高光學透過率和低雜散光，基板厚度則對透過率和雜散光分布的影響很小。中國科學院上海光學精密機械研究所張龍研究團隊[21]采用飛秒激光加工直寫技術在石英玻璃(6 mm厚)上刻制溝槽，并將Au/Ni沉積在溝槽內構建雙層金屬網柵(如圖7所示)，由于金屬網柵沉積在襯底表面溝槽內，暴露在空氣中的面積較小，其耐磨損性高，使用壽命長，所制備的單層網柵石英光窗的透過率約85%，SE為20～37 dB，雙層網柵石英光窗的透過率降低到約75%，SE提升到40～60 dB。

圖7 飛秒激光加工直寫刻制溝槽，沉積構建Au/Ni雙層金屬網柵[21]

某些金屬(如Cu)網柵暴露在空氣中容易被氧化，從而影響其屏蔽效能和光學成像質量,因此一般會對金屬網柵進行后續額外的處理，如在網柵表面鍍制石墨烯、其他金屬(如Ni等)、金屬氧化物(如Al2O3等)來提升其抗氧化性能。但在金屬網柵表面鍍制超薄膜層使制備工藝變得更加復雜，也提高了成本，因而有研究人員對金屬網柵進行退火后處理以提高其環境穩定性。哈爾濱工業大學金鵬團隊[22]采用紫外光刻電鍍的方法制備了Cu網柵，然后在空氣中退火使網柵表面原位形成了氧化物覆蓋層，從而提高了網柵的抗氧化性。西安工業大學梁海鋒研究團隊[23]使用掩膜光刻和化學刻蝕的方法設計制作了一種寬光譜、高透過率的Cu網柵，并研究了退火將Cu2+還原為Cu0和Cu+可以增強電磁屏蔽效能的機理。

2.2 異形金屬網柵

針對周期性方格結構導致的高階衍射光斑分布不均勻的問題，研究者設計出了異形金屬網柵，在保持較高光學透過率和較高電磁屏蔽效能的前提下，可實現均勻光學衍射?；诠鈱W與電磁學理論提出的衍射模型、等效折射率模型[24]能夠計算得到可見光透過率、雜散光分布以及電磁屏蔽效能的模擬數據，為該方向的研究提供了理論依據。但異形金屬網柵的設計逐漸趨向于復雜化，這提高了加工難度和制造成本，使其極其依賴于高精度的制備工藝。

陸振剛研究團隊針對異形金屬網柵開展了一系列深入研究，包括環形金屬網柵[24-25]、三角環網[26]、帶有非旋轉子環的三角形環網[26]、帶有旋轉子環的三角形環網[26-27]、嵌套環形金屬網柵[28]、嵌套多環陣列金屬網[29]、花形多角度環簇金屬網[30]等多種異形金屬網柵(如圖8所示)，這些類型的異形金屬網柵能夠維持高光學透過率和高電磁屏蔽效能，同時還使高階衍射能量分布均勻，均取得了較好的效果。清華大學白本鋒研究團隊[31]提出了一種不規則閉環模式的花瓣狀(如圖9所示)金屬網柵，通過減少網柵的等效周期，可有效提高EMI屏蔽效率，同時抑制雜散光，實現均勻的光學衍射。中國科學院福建物質結構研究所吳少凡等[32]設計了一種多環金屬網柵(如圖10所示)，使用等效周期法計算了多環金屬網的旋轉角度對屏蔽效能的影響，并進行了試驗驗證。

圖8 系列異形金屬網柵

圖9 不規則閉環模式的花瓣狀金屬網柵[31]

圖10 多環金屬網柵[32]

2.3 隨機金屬網柵

為解決周期性方格結構導致的高階衍射光斑分布不均勻問題，除了上述的異形金屬網柵外，研究者還提出了采用裂紋模板法等方法制備形狀自然形成的隨機金屬網柵。隨機金屬網柵的走向采用化學方法自然生長而成，具備高度隨機性，可有效消除莫爾條紋，減少高階衍射；且裂紋模板法制備隨機金屬網柵工藝相對異形金屬網柵更為簡單，不涉及高精度的加工，成本相對較低。但隨機金屬網柵的制備需要對隨機裂紋產生的過程和機理進行深入研究和探索，并且隨機金屬網柵的光電性能難以像方形金屬網柵和異形金屬網柵一樣進行精確的理論模擬和分析。

制備隨機金屬網柵的主要方法為裂紋模板法，其基本原理為：將有機物乳液涂覆在基底材料上，然后在干燥條件下使其自然開裂，從而形成高度隨機性的裂紋模板，將金屬沉積在裂紋中后再洗去模板，從而形成隨機金屬網柵結構。該方法制備隨機金屬網柵的基底材料(包括熔石英玻璃、PET等)與表面金屬材料(如Ag、Ni、Cu等)都可以有多種選擇，并且可通過改變組分調節裂紋乳液(crackle emulsion, CE)的黏度、涂覆工藝(旋涂、噴涂)、干燥條件(溫度、濕度、時間)等多種手段來調控隨機裂紋的開裂發展情況，實現對線寬、平均周期間距兩大主要因素影響下隨機金屬網柵相對透過率和屏蔽效能的調控。金鵬研究團隊[33]采用裂紋模板法制備了隨機金屬網柵結構，利用噴霧涂覆裂紋乳液和控制干燥工藝制備了裂紋模板，并沉積了大面積的隨機Ag金屬網柵(如圖11所示)，可見光透過率達到91%，12～18 GHz屏蔽效能達到26 dB。Kulkarni等[34]制備了隨機Cu金屬網柵，其可見光透過率約為85%，12～18 GHz平均屏蔽效能達到41 dB。俄羅斯科學院Voronin等[35]用裂紋模板法制備了隨機Ag金屬網柵，然后進行再次沉積，得到隨機Cu-Ag金屬網柵(可見光透過率為67.8%，8～12 GHz與18～26.5 GHz最大屏蔽效能為47.6 dB)和隨機Ni-Ag金屬網柵(可見光透過率為77.8%，8～12 GHz與18～26.5 GHz最大屏蔽效能為41.1 dB)。中國科學院西安光學精密機械研究所王鵬飛團隊通過自主研發的掩模液，采用隨機裂紋模板法在K9、熔石英、氟鎵酸鹽玻璃、導電玻璃等透明光學玻璃上，以及ZK系列、LaK系列等耐輻照光學玻璃和高抗損傷激光窗口玻璃、單晶硅、藍寶石等不同基底上制備了金屬隨機網柵，實現了高透光率的同時，獲得了寬頻帶電磁屏蔽效能(如圖12～圖14所示)，為高抗電磁輻射、核輻射、激光輻照等復合功能光學窗口元件研制提供了新的技術途徑。

圖11 裂紋模板法制備的隨機Ag金屬網柵及其衍射圖樣[33]

圖12 雙層隨機Cu金屬網柵電磁屏蔽玻璃

圖13 隨機Cu金屬網柵電磁屏蔽玻璃的屏蔽效能

圖14 隨機Cu金屬網柵電磁屏蔽玻璃的透過率

除了裂紋模板法之外，壓印法、直寫技術、電鍍法、自組裝法[36-38]等多種方法也被用于隨機金屬網柵的制備和加工。蘇州大學劉艷花研究團隊采用一種簡便、低成本的雙面壓印法制作了隨機嵌入式雙層鎳網柵[36](如圖15所示)，550 nm波段的透過率為88.7%，8.2 GHz波段的屏蔽效能為46.9 dB；還采用直寫技術和選擇性金屬電沉積工藝制備了隨機鎳網柵[37],可見光透過率為92%，8～12 GHz屏蔽效能約為40 dB。Kim等[38]采用自組裝工藝制備了Ag納米晶并低溫耦合成隨機網柵，可見光透過率為88%，1.5～10 GHz屏蔽效能約為23 dB。

圖15 雙面壓印法制作隨機嵌入式雙層鎳網柵[36]

隨機金屬網柵也存在著一些金屬材料所固有的問題，如環境穩定性差、被氧化后易損失本身的屏蔽效能等，因此有研究者嘗試在隨機金屬網柵表面增加石墨烯涂層，這樣一方面可以增強其環境穩定性，另外一方面可以利用石墨烯的吸波特性，增強其電磁屏蔽效能。通過在低真空條件下對固態碳前驅體進行快速退火，可將石墨烯涂層直接生長在鎳網上，采用自成型的二氧化鈦裂紋模板實現網柵的可伸縮制作[39]，與傳統的鎳網相比，混合網的電磁屏蔽效能更高，耐蝕性也大大提高。

3 復合結構電磁屏蔽玻璃

在膜層類結構電磁屏蔽玻璃和網柵類結構電磁屏蔽玻璃的基礎上，研究人員也嘗試將不同結構組合起來構建復合結構電磁屏蔽玻璃。復合結構電磁屏蔽玻璃的研究思路與前文2.2節中的膜層光學設計相近，主要是依據特定透明導電膜及特定結構金屬網柵的光電特性，對復合結構進行設計，進而增強材料整體的電磁屏蔽效能。

陸振剛等[40-41]研究了結合石墨烯的電磁波吸收特性和規則金屬網柵的電磁波反射特性以提高材料整體電磁屏蔽性能的方法。該團隊將采用化學氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD)制備的石墨烯和規則金屬網柵集成到石墨烯雜化膜中，還將石墨烯和規則金屬網柵堆疊在石英玻璃襯底上，構建了石墨烯/金屬網柵/石英玻璃襯底的復合結構(如圖16所示)[41]，在12～18 GHz的屏蔽效能超過47.79 dB，在26.5～40 GHz的屏蔽效能超過32.12 dB，700 nm處可見光透過率約為85%。

(a)Graphene(G)/metallic mesh(M)/transparent dielectric(GMTD)hybrid structure fabrication;(b)diagram of 1-G/1-M GMTD hybrid structure;(c)side-view schematic of GMTD shielding mechanism derivative GMTD structures of(d)1-G/2-M,(e)2-G/1-M, and(f)2-G/2-M

韓國首爾國立科技大學Phan等[42]提出了在兩層玻璃中構建鹽水夾層以實現光學透明和電磁屏蔽功能的研究思路(如圖17所示)，可以通過提高鹽水的鹽度、增加鹽水層的厚度來提高玻璃/鹽水/玻璃結構復合材料的電磁屏蔽性能。該團隊[45]在此結構的基礎上增加了鹽水層厚度，并在玻璃外增加了兩層方形金屬網柵膜(metal mesh film, MMF)，使7.5～8.5 GHz屏蔽效能達到80 dB以上，但可見光透過率僅有45%。該玻璃/鹽水/玻璃結構的設計更適用于建筑防護，很難應用于航空航天、國防軍事等極端環境條件下。

圖17 方形金屬網柵/玻璃/鹽水/玻璃/方形金屬網柵復合結構[43]

張龍研究團隊[44]采用ITO設計了周期性的雙分裂圓環圖樣，并與Al方形網柵、PET、PMMA、石英玻璃構成了復合結構(如圖18所示)，超材料結構設計使電磁屏蔽機理以吸收損耗為主，幾乎沒有反射損耗(7.8～18 GHz吸收率>90%)，不會造成二次污染。西北工業大學殷小瑋研究團隊[45]設計了簡單的雙交叉圖案ITO薄膜，然后組裝成夾層結構(如圖19所示)，實現寬帶吸收(8～18 GHz總吸收>90%)。

圖18 周期性ITO雙分裂圓環/PET/PMMA/Al方形網柵/石英玻璃復合結構[44]

圖19 雙交叉周期陣列ITO薄膜[45]

本文中所涉及的電磁屏蔽玻璃的光學透明性能與電磁屏蔽效能參數匯總如表1所示。除了前文所述各種結構的電磁屏蔽玻璃以外，一些其他方向的研究也對電磁屏蔽玻璃的研究有一定參考意義。例如，(1)金屬納米線相關研究。制備金屬納米線(常用材料為Ag[46-52]、Cu[53]等)后，通過麥耶棒涂覆[50]、轉移印刷[51]等方法涂布在柔性聚合物基底上制備透明導電薄膜，主要原理類似于金屬網柵，利用金屬納米線之間相互連接形成導電網絡賦予柔性材料電磁屏蔽性能，而金屬納米線極小的徑向尺度使其光學透過率較高，金屬納米線還可與石墨烯納米片[47]、MXene[48-49]、Fe3O4[46]等多種材料構建復合材料。此類材料的優點是性質可修飾，延展性好，缺點是制備工藝復雜，環境穩定性有待提升，主要用于柔性顯示屏、透明可穿戴設備等。(2)導電聚合物相關研究。制備本質導電聚合物(包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩[54]、聚3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸[54]等)并在其中摻雜碳納米管、石墨烯納米帶、Fe3O4、Co等[11]以提高其電磁屏蔽效能，通過控制聚合物的厚度到納米量級以保證高光學透過率。此類材料的優點是性質可調,密度小,耐腐蝕性好，缺點是電磁屏蔽效能有限，主要用于柔性顯示屏、透明可穿戴設備等。(3)頻率選擇表面超材料相關研究。此類研究主要是通過人工結構設計周期表面陣列，改變材料的關鍵物理參數，賦予特殊的電磁性質，實現吸收微波、透過可見光波的空間濾波器功能。此類材料與本文中的方形金屬網柵、異形金屬網柵以及復合結構電磁屏蔽玻璃具有緊密聯系，優點是密度小，耐腐蝕，耐極端環境，可實現特殊功能，常應用于雷達隱身、天線罩、極化器等[24,55-58]。

表1 不同類別電磁屏蔽玻璃的制備與性能匯總

4 結 語

電磁屏蔽玻璃在航空航天、國防軍事、醫療防護、精密儀器、電子通信等多個領域都有重要應用，研發性能指標更高、能夠工業化大規模生產和商業化應用的電磁屏蔽玻璃成為科研工作者關注的重點問題。研究者對電磁屏蔽玻璃的導電屏蔽膜層組成、屏蔽結構設計、制備工藝、網柵后處理工藝等多方面開展了廣泛而深入的研究。從光學透明度與電磁屏蔽性能這兩個關鍵性能參數來看，電磁屏蔽玻璃的可見光相對透過率絕大多數在70%～95%，電磁屏蔽效能大多在15～40 dB，屏蔽波段也主要分布于電磁波的L(1～2 GHz)、C(4～8 GHz)、X(8～12 GHz)和Ku(12～18 GHz)波段。

基于此，電磁屏蔽玻璃具有潛力的研究方向包括：(1)提升可見光波段的透過率，拓寬光透過波段，提高圖像質量，適應高精度光學成像系統的要求以及中紅外波段成像或信息傳輸的需求；(2)提升電磁屏蔽效能至60 dB及更高水平，拓寬電磁屏蔽波段向下至P(230 MHz～1 GHz)波段,向上至K(18～27 GHz)和Ka(27～40 GHz)波段，滿足光電對抗、航空航天等極端電磁環境下應用需求，實現能夠覆蓋甚高頻(VHF)到超高頻(SHF)的寬頻電磁屏蔽；(3)突破光學透明度和電磁屏蔽效能的相互制約，通過襯底材料創新(如高電導率玻璃、高介電損耗微晶玻璃等)來使光學透明度和電磁屏蔽效能同時大幅提升；(4)研究曲面等復雜形狀的高性能電磁屏蔽玻璃的可靠與批量制備工藝，滿足更多軍用背景的電磁屏蔽與隱身兼容的應用需求；(5)提升電磁屏蔽玻璃的抗沖擊、耐腐蝕、耐極端溫度等性能，應對各種復雜工作環境?？傊^續提升電磁屏蔽玻璃的性能將大大依賴于襯底材料、透明導電薄膜、金屬網柵、超材料與復合材料結構設計與制備等方面的交叉創新與突破發展。