CN101289287A - 一种射频电磁波屏蔽视窗玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的射频电磁波屏蔽视窗玻璃依次由第一白玻层、第一透明导电ITO金属氧化物薄膜层、第一银钛合金金属薄膜层、PU夹胶层、第二银钛合金金属薄膜层、第二透明导电ITO金属氧化物薄膜层和第二白玻层组成。采用电子束蒸发原位沉积ITO/Ag－Ti合金双层薄膜，结合玻璃夹胶工艺制备。本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃强度高、成本低，且对30MHz－5GHz射频电磁波的屏蔽效率＞30dB，同时又对可见光具有良好的透过性，可见光透过率＞70％。解决了现有ITO镀膜玻璃及金属丝网夹层屏蔽玻璃产品在透光度和电磁屏蔽两方面无法兼顾的技术难题。

Description

一种射频电磁波屏蔽视窗玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种射频电磁波屏蔽视窗玻璃及其制备方法。

背景技术

当今世界，电磁波技术在给人们带来极大便利的同时，也带来了明显的负面效应，即：电磁干扰(EMI)、电磁信息泄漏以及电磁波对人类健康造成的潜在危害，如：生理、神经紊乱和致癌、致畸、致突变等。目前，人为造成的环境电磁能量密度则正以每年7～14％的速率快速增长，电磁辐射污染已经成为世界公认的第五大公害，其中，以30MHz-5GHz射频波段的电磁辐射最为受人关注。近年来出现的电磁波屏蔽透明视窗材料，在保证射频波段(30MHz-5GHz)电磁辐射屏蔽的同时，又有较高的可见光透过率，可以广泛适用于医疗、通讯、电力电子仪器的屏幕视窗以及军用方面的涉密机构、通讯视窗、雷达、飞机风档等众多领域，因而在国民经济和国家安全方面占据特殊重要的地位。

意大利、德国、美国等西方国家在九十年代后期已经开展了电磁波屏蔽透明视窗材料的理论和工艺研究，并形成了一定的产业规模。目前，国内现有电磁屏蔽视窗大多采用玻璃夹层金属丝网屏蔽、玻璃相掺杂金属粉末或在玻璃表面镀制透明导电薄膜，但这些方案都有明显的缺陷。金属丝网屏蔽虽有足够的屏蔽效能(30MHz-1GHz频段的电磁屏蔽效能达到50-80dB)，但其体积大、重量大、透明度差且存在绕射光栅等问题；金属粉末一般选用黄金以保证化学稳定性，但成本太高；透明导电膜通常采用单层透明金属氧化物(TCO)半导体薄膜(如氧化铟锡ITO)等电磁屏蔽材料，其透光度虽好，但对30MHz以上高频波段的电磁波屏蔽效能较低(0.5um厚ITO薄膜在射频波段具有的最大屏蔽效能仅为33dB)。此外，目前常用的屏蔽材料多为高电磁波反射型，一方面对环境产生电磁波二次辐射污染，另一方面也不适用于诸如军用隐身等应用场合。

根据S.A.Schelkunoff电磁屏蔽理论，电磁波传播到材料表面时，其衰减为：

SE＝A_吸收+R_反射+B_{内部多重反射}＝1.314t·(f·μ_r·σ_r)^1/2+[168-10·lg(f·μ_r/σ_r)]+20·lg(1-e^2t/δ)(1)

其中，μ_r为材料相对铜的磁导率，σ_r为材料相对铜的电导率，f为电磁波的频率，t为材料厚度，δ＝(π·μ·σ·f)^-1/2，为电磁波趋肤深度。由公式(1)可知，要实现对高频电磁波的高吸收低反射屏蔽，必需选用高电导率σ_r材料，同时还应满足μ_r·σ_r乘积大而μ_r/σ_r比值小的条件。但通常相对而言，金属等良导体的μ_r/σ_r值较高而非金属电介质的μ_r·σ_r值较低，现有电磁屏蔽材料中没有哪一种能同时满足上述条件。另外，为提高材料的可见光透过率，还必需降低光在材料传播中的衰减，而这往往在材料的选用上与增加电磁屏蔽的要求相矛盾。

根据电磁波屏蔽、多层膜系光学设计和透明金属相关理论，上述矛盾可以通过设计一种新型的多层复合镀膜夹胶玻璃来加以解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种在30MHz-5GHz射频波段具有高电磁波屏蔽效果，同时对可见光有高透过率的射频电磁波屏蔽视窗玻璃及其制备方法。

本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃依次由第一白玻层、第一透明导电ITO金属氧化物薄膜层、第一银钛合金金属薄膜层、PU夹胶层、第二银钛合金金属薄膜层、第二透明导电ITO金属氧化物薄膜层和第二白玻层组成。

为了使光、电、磁性能控制在最佳状态，以实现综合功能的匹配，通常控制第一、第二透明导电ITO金属氧化物薄膜层的厚度分别为250-500nm，第一、第二银钛合金金属薄膜层的厚度分别为10-20nm。

本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃的制备方法，采用电子束蒸发原位沉积ITO/Ag-Ti合金双层薄膜，结合玻璃夹胶工艺制备，具体包括以下步骤：

1)以白玻玻璃作为镀膜衬底，清洗后放入电子束蒸发工作室，工作室抽真空，通入Ar气体，用离子轰击再次清洁衬底表面；

2)加热衬底温度至300～350℃，充入纯氧气，用电子束蒸发蒸镀ITO金属氧化物薄膜，控制工作室真空度4.8～5.2×10^-2Pa，束流10～50mA，氧气流量75～100ml/m，沉积速率0.7～2.5埃/秒；

3)关闭工作室氧气和加热装置，待冷却至室温后，用电子束蒸发在ITO金属氧化物薄膜表面蒸镀银钛合金薄膜，控制工作室真空度3-9.2×10^-4Pa，束流80～500mA，沉积速率2～3埃/秒；

4)将经过上述1)、2)、3)步骤处理的两片镀膜玻璃膜面相对，中间放置PU夹胶，进行预粘接，然后置于压力釜中，于100～150℃温度、1.0～1.5MPa压力下粘接成制品。

本发明的有益效果在于：

本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃，其透明导电ITO金属氧化物薄膜和银钛合金金属薄膜交替叠加，具有介电层/纳米金属层纳米复合薄膜的结构特征，可以诱导电磁波的“陷阱效应”，使射频电磁波在多层氧化物介电层之间获得多次反射、在多层金属纳米薄层中获得多次吸收，进而得以大幅衰减，实现有效屏蔽。同时，保证了可见光高透过率。本发明的玻璃对30MHz-5GHz射频频段具有高电磁波屏蔽效果，同时对可见光又具有良好的透过性，电磁波屏蔽效果＞30dB、可见光透过率＞70％。中间夹PU夹胶的结构在保证可见光良好透过的同时又提供了较高的强度。本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃解决了现有ITO镀膜玻璃及金属丝网夹层屏蔽玻璃产品在透光度和电磁屏蔽两方面无法兼顾的技术难题，有望成为解决可视窗口、显示屏幕等安全防护关键部位的首选材料。

附图说明

图1是本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的射频电磁波屏蔽视窗玻璃依次由第一白玻层1、第一透明导电ITO金属氧化物薄膜层2、第一银钛合金金属薄膜层3、PU夹胶层4、第二银钛合金金属薄膜层5、第二透明导电ITO金属氧化物薄膜层6和第二白玻层7组成。

射频电磁波屏蔽视窗玻璃的制备方法，采用电子束蒸发原位沉积ITO/Ag-Ti合金双层薄膜，结合玻璃夹胶工艺制备。

实施例1：

1)采用3mm白玻玻璃作为镀膜衬底，先用专用的玻璃清洗液浸泡清洗，再置于丙酮溶液中进行超声波振荡清洗，然后用去离子水冲洗，最后用清洁的热空气吹干，放入电子束蒸发工作室，在10^-5Pa本底真空下，通入Ar气体，利用离子轰击再次清洁衬底表面，离子轰击电压1.4kV，轰击电流90mA，轰击时间为16min。

2)加热衬底温度至300℃，充入纯氧气，用电子束蒸发蒸镀ITO金属氧化物薄膜，控制工作室真空度4.8×10^-2Pa，束流10mA，氧气流量75ml/min，沉积速率0.7埃/秒。

3)关闭工作室氧气和加热装置，待冷却至室温后，用电子束蒸发在ITO金属氧化物薄膜表面蒸镀银钛合金薄膜，控制工作室真空度3×10^-4Pa，束流500mA，沉积速率3埃/秒；

4)将经过上述(1)、(2)、(3)步骤处理的两片镀膜玻璃膜面相对，中间放置PU夹胶，经预粘接后，置于压力釜中于100℃温度、1.5MPa压力下粘接成制品。

本例制得的射频电磁波屏蔽视窗玻璃，其第一、第二ITO金属氧化物薄膜厚度分别为250nm，第一、第二银钛合金薄膜厚度分别为10nm，PU夹胶层厚度380微米。测试性能如下：可见光透过率84％，30MHz-5GHz波段电磁波屏蔽效率31dB。

实施例2：

1)采用3mm白玻玻璃作为镀膜衬底，先用专用的玻璃清洗液浸泡清洗，再置于丙酮溶液中进行超声波振荡清洗，然后用去离子水冲洗，最后用清洁的热空气吹干，放入电子束蒸发工作室，在10^-5Pa本底真空下，通入Ar气体，利用离子轰击再次清洁衬底表面，离子轰击电压2.0kV，轰击电流120mA，轰击时间为12min。

2)加热衬底温度至330℃，充入纯氧气，用电子束蒸发蒸镀ITO金属氧化物薄膜，控制工作室真空度5.0×10^-2Pa，束流30mA，氧气流量90ml/min，沉积速率2.0埃/秒。

3)关闭工作室氧气和加热装置，待冷却至室温后，用电子束蒸发在ITO金属氧化物薄膜表面蒸镀银钛合金薄膜，控制工作室真空度6×10^-4Pa，束流200mA，沉积速率2.5埃/秒；

4)将经过上述(1)、(2)、(3)步骤处理的两片镀膜玻璃膜面相对，中间放置PU夹胶，经预粘接后，置于压力釜中于130℃温度、1.2MPa压力下粘接成制品。

本例制得的射频电磁波屏蔽视窗玻璃，其第一、第二ITO金属氧化物薄膜厚度分别为400nm，第一、第二银钛合金薄膜厚度15nm，PU夹胶层厚度380微米。测试性能如下：可见光透过率76％，30MHz-5GHz波段电磁波屏蔽效率37dB。

实施例3：

1)采用3mm白玻玻璃作为镀膜衬底，先用专用的玻璃清洗液浸泡清洗，再置于丙酮溶液中进行超声波振荡清洗，然后用去离子水冲洗，最后用清洁的热空气吹干，放入电子束蒸发工作室，在10^-5Pa本底真空下，通入Ar气体，利用离子轰击再次清洁衬底表面，离子轰击电压2.5kV，轰击电流180mA，轰击时间为10min。

2)加热衬底温度至350℃，充入纯氧气，用电子束蒸发蒸镀ITO金属氧化物薄膜，控制工作室真空度5.2×10^-2Pa，束流50mA，氧气流量100ml/min，沉积速率2.5埃/秒。

3)关闭工作室氧气和加热装置，待冷却至室温后，用电子束蒸发在ITO金属氧化物薄膜表面蒸镀银钛合金薄膜，控制工作室真空度9.2×10^-4Pa，束流80mA，沉积速率2埃/秒；

4)将经过上述(1)、(2)、(3)步骤处理的两片镀膜玻璃膜面相对，中间放置PU夹胶，经预粘接后，置于压力釜中于150℃温度、1.0MPa压力下粘接成制品。

本例制得的射频电磁波屏蔽视窗玻璃，其第一、第二ITO金属氧化物薄膜厚度分别为500nm，第一、第二银钛合金薄膜分别为厚度20nm，PU夹胶层厚度380微米。测试性能如下：可见光透过率70％，30MHz-5GHz波段电磁波屏蔽效率43dB。

Claims (3)

1.射频电磁波屏蔽视窗玻璃，其特征是依次由第一白玻层(1)、第一透明导电ITO金属氧化物薄膜层(2)、第一银钛合金金属薄膜层(3)、PU夹胶层(4)、第二银钛合金金属薄膜层(5)、第二透明导电ITO金属氧化物薄膜层(6)和第二白玻层(7)组成。

2.根据权利要求1所述的射频电磁波屏蔽视窗玻璃，其特征是第一、第二透明导电ITO金属氧化物薄膜层的厚度分别为250-500nm，第一、第二银钛合金金属薄膜层的厚度分别为10-20nm。

3.根据权利要求1所述的射频电磁波屏蔽视窗玻璃的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1)以白玻玻璃作为镀膜衬底，清洗后放入电子束蒸发工作室，工作室抽真空，通入Ar气体，用离子轰击再次清洁衬底表面；

2)加热衬底温度至300～350℃，充入纯氧气，用电子束蒸发蒸镀ITO金属氧化物薄膜，控制工作室真空度4.8～5.2×10^-2Pa，束流10～50mA，氧气流量75～100ml/m，沉积速率0.7～2.5埃/秒；

3)关闭工作室氧气和加热装置，待冷却至室温后，用电子束蒸发在ITO金属氧化物薄膜表面蒸镀银钛合金薄膜，控制工作室真空度3-9.2×10^-4Pa，束流80～500mA，沉积速率2～3埃/秒；

4)将经过上述1)、2)、3)步骤处理的两片镀膜玻璃膜面相对，中间放置PU夹胶，进行预粘接，然后置于压力釜中，于100～150℃温度、1.0～1.5MPa压力下粘接成制品。

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