电磁屏蔽玻璃研究与发展现状

郭 晨，杨利青，万 瑞，关永帽，陈 超，王鹏飞

(1.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119；2.中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049)

0 引 言

随着现代社会与科技迅速发展，电子仪器与通信设备的使用规模日益扩大。作为最重要的信息传递介质，电磁波给人类社会带来了极大的便利，但与此同时也带来了许多负面影响：电磁干扰(electromagnetic interference, EMI)会影响其他计算机、通信或电气设备的正常运行；军事或商业设备的电磁波信号泄露可能会导致泄密；中、低频电磁波可能会对人体造成损害，使人出现中枢神经系统功能失调等病症[1-3]。

电磁屏蔽材料是一种可以阻止电磁波从干扰源向敏感器件传播和扩散的材料，是电磁屏蔽过程的关键，也是实现电磁辐射防护的重要手段[3-6]。电磁屏蔽玻璃是结合了电磁屏蔽技术的特种玻璃，具有电磁屏蔽功能，能保证内部电子器件在复杂电磁环境下正常运行，同时也具备高光学透过率，可确保光学成像、激光制导的准确性。在国防军事、航空航天、医疗监护、精密仪器等领域，电磁屏蔽玻璃广泛应用于各种场景。如各类智能设备的电子显示屏需要电磁屏蔽玻璃，以保护内部光电元件,避免电磁泄漏；方舱、指挥车以及特定医疗设备的观察窗需要电磁屏蔽玻璃，以应对电磁干扰,减少电磁辐射,保证使用人员的身体健康；导弹导引头、光电探测器系统的光学窗口需要电磁屏蔽玻璃，以在复杂环境下实现精准制导的功能。目前实际工业化生产、商业化应用最广的电磁屏蔽玻璃仍然是传统的氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)玻璃以及金属网栅玻璃，但其在光电性能、应用场景、制作成本上都存在诸多不足[1-8]。

屏蔽效能(shielding effectiveness, SE)是衡量材料电磁干扰屏蔽功能的指标(式(1)～(3))，定义为：不存在屏蔽体时某处的电场强度E0(或磁场强度H0、功率密度P0)与存在屏蔽体时同一处的电场强度Es(或磁场强度Hs、功率密度Ps)之比。Schelkunoff电磁屏蔽理论将电磁屏蔽效能分为吸收损耗(SEA)、反射损耗(SER)和多重反射损耗(SEM)(如图1所示)，并利用传输线模型提出了常用的计算均匀屏蔽材料屏蔽效能的公式(式(4)～(7))[7]。材料的电磁屏蔽效能与电磁波频率(f)、材料厚度(d)、相对磁导率(μr)、相对电导率(σr)、场源距屏蔽材料距离(r)等物理参数密切相关。整体而言，材料的厚度越厚，电导率越大，磁导率越大，电磁波频率越高，材料的电磁屏蔽效能越高。

图1 电磁屏蔽玻璃的屏蔽机制示意图

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SE=SEA+SER+SEM

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(6)

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

(7)

因此，目前电磁屏蔽玻璃的主要研究思路是：以具有良好光学透明度的玻璃材料(如熔石英玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)有机玻璃等)为基底，在表面制备具有高电导率或高磁导率的结构，在不影响光学透过率的前提下在特定的波段赋予其电磁屏蔽功能。电磁屏蔽玻璃按照结构类型可分为膜层类结构、网栅类结构和复合结构三类。本文将主要论述这三类结构电磁屏蔽玻璃的研究现状、性能特点及其优劣之处。

1 膜层类结构电磁屏蔽玻璃

膜层类结构电磁屏蔽玻璃(如图2所示)一般以玻璃为基底，并叠加透明导电薄膜、增透膜、防护膜等其他功能膜层，最终实现兼具光学透明和电磁屏蔽效能的功能。其优势在于材料的各个膜层性质较为均一，并且可通过灵活设计不同膜层的性质，以满足多种功能需求(如与减反膜组合提高整体透光率，与石墨烯或其他碳纳米材料组合提高其吸收微波的能力，调整膜层厚度以改变电磁屏蔽波段等)；其缺点在于多数膜层的厚度必须被限制在百纳米及以下量级，否则材料整体的光学透过率会大幅度下降，并且对制备工艺的要求较高。

图2 膜层类结构电磁屏蔽玻璃示意图

金属材料作为传统的导电材料以及电磁屏蔽材料，具有高的电导率，但只有加工成某些特定结构才具备透光性。20世纪70年代，科学家发现纳米尺度的贵金属膜具有良好的光学透过率，因此往往将金属材料与氧化物掺杂或复合制作成纳米级厚度的透明导电薄膜。目前研究较多的透明导电薄膜包括氧化铟锡(ITO)、F掺杂SnO2(FTO)、Co掺杂SnO2(CTO)、Al掺杂ZnO(AZO)、Ga掺杂ZnO(GZO)、CuS、PbO等薄膜。其中，ITO薄膜是技术最成熟、商业化应用最多的透明导电薄膜，它具有致密、高硬度、高耐磨性、易刻蚀成一定形状的电极图形等物理性能，在可见光波段的透过率为85%左右，在1～2.4 GHz波段的电磁屏蔽效能约为25 dB。但ITO材料也有诸多缺陷，如机械柔性差，在应变或弯曲下容易产生裂纹甚至碎裂；在曲率较大的基底材料(如飞机驾驶舱窗口)上沉积工艺难度高，会产生许多额外成本等[9-11]。单层石墨烯也具有较高的透过率(可达到91%)和电导率，但其在2.2～7 GHz时的电磁屏蔽效能仅有2.27 dB[10]，多层堆叠石墨烯又会导致透过率下降，在大面积制备工艺上也存在诸多挑战，因而石墨烯很少单独用作电磁屏蔽玻璃的透明导电薄膜，一般是在复合结构电磁屏蔽玻璃中发挥其性能。

1.1 金属/金属氧化物透明导电薄膜的制备工艺

制备透明导电薄膜的工艺十分重要，不同的工艺条件会影响薄膜的生长过程，进而影响薄膜的连续性、厚度和粗糙度等性质，最终影响其光电特性。目前制备透明导电薄膜的工艺包括磁控溅射法、超声辅助喷雾热解沉积法、原子层沉积法[12-15]等。总体而言，透明导电薄膜的制备对工艺要求比较高，需要对沉积速率、靶材、沉积温度、环境等多种因素进行精准把控，以达到较高的可见光透过率和电磁屏蔽效能。

美国密歇根大学的L.Jay Guo和我国哈尔滨工业大学的陆振刚研究团队[12]采用溅射法制备了超薄(厚度8 nm)的Cu掺杂Ag膜，并与ITO薄膜构建了电介质-金属-电介质的复合膜结构。由于引入Cu掺杂剂抑制Ag的三维生长模式，该薄膜具有较低的粗糙度(粗糙度<1 nm)。土耳其航空航天先进材料中心的Nursev Erdogan团队[13]采用磁控溅射技术制备了ITO/Au/ITO多层薄膜，研究了ITO和Au层的沉积时间对薄膜光电性质的影响，确定了最优沉积工艺，并证明ITO层中添加金属层能够调整薄膜的结晶度和形貌，进而提升膜层整体电导率和光学透过率。韩国首尔国立科技大学的Park等[14]采用超声辅助喷雾热解沉积法制备了CTO薄膜，Co离子的掺杂提高了薄膜的磁导率并降低了载流子浓度，进而提高了薄膜的电磁屏蔽效能和光学透过率。美国布朗大学的Gustavo E.Fernandes团队和韩国Do-Joong Lee团队[15]采用原子层沉积法制备了Al掺杂ZnO超晶格薄膜，交替生长的AlOx和ZnO纳米(厚度3～8 nm)结构使膜层整体具备高电导率和高光学透过率，并研究了Al掺杂浓度对薄膜光电性质的影响，得出薄膜电导率随着Al掺杂浓度的升高而升高的结论。

1.2 金属/金属氧化物透明导电薄膜的光学设计

为提升透光率及电磁屏蔽性能，也有研究者对金属/金属氧化物薄膜的结构进行光学设计，其中法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot resonance cavity)结构的设计取得了较好效果。法布里-珀罗谐振腔是光学谐振腔中的一种，又名平面平行腔，一般由两片具有一定反射率的平行平板组成。在法布里-珀罗谐振腔内，平行于谐振腔轴线的光线经平行平面反射镜反射后传播方向仍平行于轴线，始终不会逸出腔外。基于此特性，法布里-珀罗谐振腔常被用于构建各种类型的激光器。而在电磁屏蔽领域中，则采用两层平行的反射式平板(一般为超薄金属/金属氧化物透明导电薄膜)构成法布里-珀罗谐振腔，并可以通过调节中间介质层的厚度提升整体结构在特定频率下的电磁屏蔽效能。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所鲁越晖等[16]设计了一种氧化物夹超薄银层(silver layer sandwiched by oxides，SLSO)结构(如图3所示)的电磁屏蔽玻璃，双面SLSO(D-SLSO)结构具有双重作用：组成微波电磁波法布里-珀罗谐振腔，提高电磁屏蔽效能，同时作为可见光的增透涂层提高可见光透过率。L.Jay Guo研究团队和陆振刚研究团队[17]也开展了类似结构的研究，将单层石墨烯和透明超薄(厚度8 nm)Cu掺杂的Ag层作为吸收和反射层，并将熔石英作为中间介电层，构建了不对称的法布里-珀罗谐振腔(如图4所示)，可以在13.75 GHz达到>99.5%的微波吸收率。

图3 SLSO结构的微波电磁波法布里-珀罗谐振腔[16]

图4 单层石墨烯/超薄Cu掺杂Ag层/熔石英/聚对苯二甲酸乙二醇酯构建不对称的法布里-珀罗谐振腔[17]

2 网栅类结构电磁屏蔽玻璃

网栅类结构电磁屏蔽玻璃(如图5所示)主要通过金属相互连接构成导电网络来实现电磁屏蔽功能，而金属本身的尺寸极小(一般是纳米至微米尺度)，较大的占空比提供了从可见光到红外波段的高透光率。通过设计金属网栅的材料、形状、线宽(a)、周期(p)、高度(h)等相关参数，可以对金属网栅的屏蔽效能和透光率进行调节和优化。根据金属网栅的不同形状，可将其分为方形金属网栅、异形金属网栅和随机金属网栅。

图5 网栅类结构电磁屏蔽玻璃示意图

2.1 方形金属网栅

方形金属网栅即为周期排列的正方形网格，网栅材料主要是导电性良好的金属，如Ag、Au、Al、Cu、Fe、Ni等，目前主要采用紫外光刻、离子束刻蚀、化学刻蚀、激光直写[18-23]等制备工艺。方形金属网栅的材料和结构共同决定了透光率和屏蔽性能:网栅的线宽越小，网格越大，透光率越高，但屏蔽效能会越低；反之，线宽越大，网格越小，透光率会变小,而屏蔽效能越高。目前研究表明，方形金属网栅结构的可调节性好，但周期性方格结构会导致可见光通过时发生高级次衍射，产生莫尔条纹，最终影响材料的光学成像质量。

一般而言金属网栅的线宽主要为微米量级到亚毫米量级，为了保证金属网栅结构在高屏蔽效能的同时具有高透过率，研究者尝试将金属网栅的线宽进一步缩小。例如，中国科学院光电技术研究所罗先刚研究团队[18]采用i-线(365 nm)紫外光刻和离子束刻蚀技术(如图6所示)，在石英玻璃(1 mm厚)衬底上成功制备出线宽850 nm、周期12 μm的纳米级Cr(10 nm)/Cu(500 nm)复合金属网栅，单层网栅透过率>80%，在电磁波宽入射角情况下,500 MHz～18 GHz平均SE达47.8 dB，18～40 GHz平均SE达42.9 dB，这是目前为止单层金属网栅可达到的最高电磁屏蔽效能水平。

图6 紫外光刻和离子束刻蚀技术制备纳米级Cr/Cu金属网栅[18]

在其他参数不变的情况下，网栅厚度的增加有利于提升其电磁屏蔽性能，但网栅的厚度/线宽比受到一定的限制。为了提升该类结构材料的屏蔽效能，研究者尝试将双层乃至多层网栅叠加在一起。陆振刚研究团队[19]将石英玻璃基底隔开的两层亚毫米周期方形铝网间的间隔增大，使电磁屏蔽效能提高了7 dB(12～18 GHz)，而可见光透射率几乎不变。该团队[20]还使用角谱传播理论分析了双层金属网不同周期、线宽和厚度的透射特性，研究了双层金属网栅之间的旋转角度对衍射光斑强度分布的影响,分析结果表明，旋转失调对衍射光斑强度分布有显著影响，大周期和小线宽的网栅参数有利于获得高光学透过率和低杂散光，基板厚度则对透过率和杂散光分布的影响很小。中国科学院上海光学精密机械研究所张龙研究团队[21]采用飞秒激光加工直写技术在石英玻璃(6 mm厚)上刻制沟槽，并将Au/Ni沉积在沟槽内构建双层金属网栅(如图7所示)，由于金属网栅沉积在衬底表面沟槽内，暴露在空气中的面积较小，其耐磨损性高，使用寿命长，所制备的单层网栅石英光窗的透过率约85%，SE为20～37 dB，双层网栅石英光窗的透过率降低到约75%，SE提升到40～60 dB。

图7 飞秒激光加工直写刻制沟槽，沉积构建Au/Ni双层金属网栅[21]

某些金属(如Cu)网栅暴露在空气中容易被氧化，从而影响其屏蔽效能和光学成像质量,因此一般会对金属网栅进行后续额外的处理，如在网栅表面镀制石墨烯、其他金属(如Ni等)、金属氧化物(如Al2O3等)来提升其抗氧化性能。但在金属网栅表面镀制超薄膜层使制备工艺变得更加复杂，也提高了成本，因而有研究人员对金属网栅进行退火后处理以提高其环境稳定性。哈尔滨工业大学金鹏团队[22]采用紫外光刻电镀的方法制备了Cu网栅，然后在空气中退火使网栅表面原位形成了氧化物覆盖层，从而提高了网栅的抗氧化性。西安工业大学梁海锋研究团队[23]使用掩膜光刻和化学刻蚀的方法设计制作了一种宽光谱、高透过率的Cu网栅，并研究了退火将Cu2+还原为Cu0和Cu+可以增强电磁屏蔽效能的机理。

2.2 异形金属网栅

针对周期性方格结构导致的高阶衍射光斑分布不均匀的问题，研究者设计出了异形金属网栅，在保持较高光学透过率和较高电磁屏蔽效能的前提下，可实现均匀光学衍射。基于光学与电磁学理论提出的衍射模型、等效折射率模型[24]能够计算得到可见光透过率、杂散光分布以及电磁屏蔽效能的模拟数据，为该方向的研究提供了理论依据。但异形金属网栅的设计逐渐趋向于复杂化，这提高了加工难度和制造成本，使其极其依赖于高精度的制备工艺。

陆振刚研究团队针对异形金属网栅开展了一系列深入研究，包括环形金属网栅[24-25]、三角环网[26]、带有非旋转子环的三角形环网[26]、带有旋转子环的三角形环网[26-27]、嵌套环形金属网栅[28]、嵌套多环阵列金属网[29]、花形多角度环簇金属网[30]等多种异形金属网栅(如图8所示)，这些类型的异形金属网栅能够维持高光学透过率和高电磁屏蔽效能，同时还使高阶衍射能量分布均匀，均取得了较好的效果。清华大学白本锋研究团队[31]提出了一种不规则闭环模式的花瓣状(如图9所示)金属网栅，通过减少网栅的等效周期，可有效提高EMI屏蔽效率，同时抑制杂散光，实现均匀的光学衍射。中国科学院福建物质结构研究所吴少凡等[32]设计了一种多环金属网栅(如图10所示)，使用等效周期法计算了多环金属网的旋转角度对屏蔽效能的影响，并进行了试验验证。

图8 系列异形金属网栅

图9 不规则闭环模式的花瓣状金属网栅[31]

图10 多环金属网栅[32]

2.3 随机金属网栅

为解决周期性方格结构导致的高阶衍射光斑分布不均匀问题，除了上述的异形金属网栅外，研究者还提出了采用裂纹模板法等方法制备形状自然形成的随机金属网栅。随机金属网栅的走向采用化学方法自然生长而成，具备高度随机性，可有效消除莫尔条纹，减少高阶衍射；且裂纹模板法制备随机金属网栅工艺相对异形金属网栅更为简单，不涉及高精度的加工，成本相对较低。但随机金属网栅的制备需要对随机裂纹产生的过程和机理进行深入研究和探索，并且随机金属网栅的光电性能难以像方形金属网栅和异形金属网栅一样进行精确的理论模拟和分析。

制备随机金属网栅的主要方法为裂纹模板法，其基本原理为：将有机物乳液涂覆在基底材料上，然后在干燥条件下使其自然开裂，从而形成高度随机性的裂纹模板，将金属沉积在裂纹中后再洗去模板，从而形成随机金属网栅结构。该方法制备随机金属网栅的基底材料(包括熔石英玻璃、PET等)与表面金属材料(如Ag、Ni、Cu等)都可以有多种选择，并且可通过改变组分调节裂纹乳液(crackle emulsion, CE)的黏度、涂覆工艺(旋涂、喷涂)、干燥条件(温度、湿度、时间)等多种手段来调控随机裂纹的开裂发展情况，实现对线宽、平均周期间距两大主要因素影响下随机金属网栅相对透过率和屏蔽效能的调控。金鹏研究团队[33]采用裂纹模板法制备了随机金属网栅结构，利用喷雾涂覆裂纹乳液和控制干燥工艺制备了裂纹模板，并沉积了大面积的随机Ag金属网栅(如图11所示)，可见光透过率达到91%，12～18 GHz屏蔽效能达到26 dB。Kulkarni等[34]制备了随机Cu金属网栅，其可见光透过率约为85%，12～18 GHz平均屏蔽效能达到41 dB。俄罗斯科学院Voronin等[35]用裂纹模板法制备了随机Ag金属网栅，然后进行再次沉积，得到随机Cu-Ag金属网栅(可见光透过率为67.8%，8～12 GHz与18～26.5 GHz最大屏蔽效能为47.6 dB)和随机Ni-Ag金属网栅(可见光透过率为77.8%，8～12 GHz与18～26.5 GHz最大屏蔽效能为41.1 dB)。中国科学院西安光学精密机械研究所王鹏飞团队通过自主研发的掩模液，采用随机裂纹模板法在K9、熔石英、氟镓酸盐玻璃、导电玻璃等透明光学玻璃上，以及ZK系列、LaK系列等耐辐照光学玻璃和高抗损伤激光窗口玻璃、单晶硅、蓝宝石等不同基底上制备了金属随机网栅，实现了高透光率的同时，获得了宽频带电磁屏蔽效能(如图12～图14所示)，为高抗电磁辐射、核辐射、激光辐照等复合功能光学窗口元件研制提供了新的技术途径。

图11 裂纹模板法制备的随机Ag金属网栅及其衍射图样[33]

图12 双层随机Cu金属网栅电磁屏蔽玻璃

图13 随机Cu金属网栅电磁屏蔽玻璃的屏蔽效能

图14 随机Cu金属网栅电磁屏蔽玻璃的透过率

除了裂纹模板法之外，压印法、直写技术、电镀法、自组装法[36-38]等多种方法也被用于随机金属网栅的制备和加工。苏州大学刘艳花研究团队采用一种简便、低成本的双面压印法制作了随机嵌入式双层镍网栅[36](如图15所示)，550 nm波段的透过率为88.7%，8.2 GHz波段的屏蔽效能为46.9 dB；还采用直写技术和选择性金属电沉积工艺制备了随机镍网栅[37],可见光透过率为92%，8～12 GHz屏蔽效能约为40 dB。Kim等[38]采用自组装工艺制备了Ag纳米晶并低温耦合成随机网栅，可见光透过率为88%，1.5～10 GHz屏蔽效能约为23 dB。

图15 双面压印法制作随机嵌入式双层镍网栅[36]

随机金属网栅也存在着一些金属材料所固有的问题，如环境稳定性差、被氧化后易损失本身的屏蔽效能等，因此有研究者尝试在随机金属网栅表面增加石墨烯涂层，这样一方面可以增强其环境稳定性，另外一方面可以利用石墨烯的吸波特性，增强其电磁屏蔽效能。通过在低真空条件下对固态碳前驱体进行快速退火，可将石墨烯涂层直接生长在镍网上，采用自成型的二氧化钛裂纹模板实现网栅的可伸缩制作[39]，与传统的镍网相比，混合网的电磁屏蔽效能更高，耐蚀性也大大提高。

3 复合结构电磁屏蔽玻璃

在膜层类结构电磁屏蔽玻璃和网栅类结构电磁屏蔽玻璃的基础上，研究人员也尝试将不同结构组合起来构建复合结构电磁屏蔽玻璃。复合结构电磁屏蔽玻璃的研究思路与前文2.2节中的膜层光学设计相近，主要是依据特定透明导电膜及特定结构金属网栅的光电特性，对复合结构进行设计，进而增强材料整体的电磁屏蔽效能。

陆振刚等[40-41]研究了结合石墨烯的电磁波吸收特性和规则金属网栅的电磁波反射特性以提高材料整体电磁屏蔽性能的方法。该团队将采用化学气相沉积法(chemical vapor deposition, CVD)制备的石墨烯和规则金属网栅集成到石墨烯杂化膜中，还将石墨烯和规则金属网栅堆叠在石英玻璃衬底上，构建了石墨烯/金属网栅/石英玻璃衬底的复合结构(如图16所示)[41]，在12～18 GHz的屏蔽效能超过47.79 dB，在26.5～40 GHz的屏蔽效能超过32.12 dB，700 nm处可见光透过率约为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

韩国首尔国立科技大学Phan等[42]提出了在两层玻璃中构建盐水夹层以实现光学透明和电磁屏蔽功能的研究思路(如图17所示)，可以通过提高盐水的盐度、增加盐水层的厚度来提高玻璃/盐水/玻璃结构复合材料的电磁屏蔽性能。该团队[45]在此结构的基础上增加了盐水层厚度，并在玻璃外增加了两层方形金属网栅膜(metal mesh film, MMF)，使7.5～8.5 GHz屏蔽效能达到80 dB以上，但可见光透过率仅有45%。该玻璃/盐水/玻璃结构的设计更适用于建筑防护，很难应用于航空航天、国防军事等极端环境条件下。

图17 方形金属网栅/玻璃/盐水/玻璃/方形金属网栅复合结构[43]

张龙研究团队[44]采用ITO设计了周期性的双分裂圆环图样，并与Al方形网栅、PET、PMMA、石英玻璃构成了复合结构(如图18所示)，超材料结构设计使电磁屏蔽机理以吸收损耗为主，几乎没有反射损耗(7.8～18 GHz吸收率>90%)，不会造成二次污染。西北工业大学殷小玮研究团队[45]设计了简单的双交叉图案ITO薄膜，然后组装成夹层结构(如图19所示)，实现宽带吸收(8～18 GHz总吸收>90%)。

图18 周期性ITO双分裂圆环/PET/PMMA/Al方形网栅/石英玻璃复合结构[44]

图19 双交叉周期阵列ITO薄膜[45]

本文中所涉及的电磁屏蔽玻璃的光学透明性能与电磁屏蔽效能参数汇总如表1所示。除了前文所述各种结构的电磁屏蔽玻璃以外，一些其他方向的研究也对电磁屏蔽玻璃的研究有一定参考意义。例如，(1)金属纳米线相关研究。制备金属纳米线(常用材料为Ag[46-52]、Cu[53]等)后，通过麦耶棒涂覆[50]、转移印刷[51]等方法涂布在柔性聚合物基底上制备透明导电薄膜，主要原理类似于金属网栅，利用金属纳米线之间相互连接形成导电网络赋予柔性材料电磁屏蔽性能，而金属纳米线极小的径向尺度使其光学透过率较高，金属纳米线还可与石墨烯纳米片[47]、MXene[48-49]、Fe3O4[46]等多种材料构建复合材料。此类材料的优点是性质可修饰，延展性好，缺点是制备工艺复杂，环境稳定性有待提升，主要用于柔性显示屏、透明可穿戴设备等。(2)导电聚合物相关研究。制备本质导电聚合物(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)并在其中掺杂碳纳米管、石墨烯纳米带、Fe3O4、Co等[11]以提高其电磁屏蔽效能，通过控制聚合物的厚度到纳米量级以保证高光学透过率。此类材料的优点是性质可调,密度小,耐腐蚀性好，缺点是电磁屏蔽效能有限，主要用于柔性显示屏、透明可穿戴设备等。(3)频率选择表面超材料相关研究。此类研究主要是通过人工结构设计周期表面阵列，改变材料的关键物理参数，赋予特殊的电磁性质，实现吸收微波、透过可见光波的空间滤波器功能。此类材料与本文中的方形金属网栅、异形金属网栅以及复合结构电磁屏蔽玻璃具有紧密联系，优点是密度小，耐腐蚀，耐极端环境，可实现特殊功能，常应用于雷达隐身、天线罩、极化器等[24,55-58]。

表1 不同类别电磁屏蔽玻璃的制备与性能汇总

4 结 语

电磁屏蔽玻璃在航空航天、国防军事、医疗防护、精密仪器、电子通信等多个领域都有重要应用，研发性能指标更高、能够工业化大规模生产和商业化应用的电磁屏蔽玻璃成为科研工作者关注的重点问题。研究者对电磁屏蔽玻璃的导电屏蔽膜层组成、屏蔽结构设计、制备工艺、网栅后处理工艺等多方面开展了广泛而深入的研究。从光学透明度与电磁屏蔽性能这两个关键性能参数来看，电磁屏蔽玻璃的可见光相对透过率绝大多数在70%～95%，电磁屏蔽效能大多在15～40 dB，屏蔽波段也主要分布于电磁波的L(1～2 GHz)、C(4～8 GHz)、X(8～12 GHz)和Ku(12～18 GHz)波段。

基于此，电磁屏蔽玻璃具有潜力的研究方向包括：(1)提升可见光波段的透过率，拓宽光透过波段，提高图像质量，适应高精度光学成像系统的要求以及中红外波段成像或信息传输的需求；(2)提升电磁屏蔽效能至60 dB及更高水平，拓宽电磁屏蔽波段向下至P(230 MHz～1 GHz)波段,向上至K(18～27 GHz)和Ka(27～40 GHz)波段，满足光电对抗、航空航天等极端电磁环境下应用需求，实现能够覆盖甚高频(VHF)到超高频(SHF)的宽频电磁屏蔽；(3)突破光学透明度和电磁屏蔽效能的相互制约，通过衬底材料创新(如高电导率玻璃、高介电损耗微晶玻璃等)来使光学透明度和电磁屏蔽效能同时大幅提升；(4)研究曲面等复杂形状的高性能电磁屏蔽玻璃的可靠与批量制备工艺，满足更多军用背景的电磁屏蔽与隐身兼容的应用需求；(5)提升电磁屏蔽玻璃的抗冲击、耐腐蚀、耐极端温度等性能，应对各种复杂工作环境。总之，继续提升电磁屏蔽玻璃的性能将大大依赖于衬底材料、透明导电薄膜、金属网栅、超材料与复合材料结构设计与制备等方面的交叉创新与突破发展。