基于碳纳米材料有序结构优异的结构与功能特点, 研究了其在新型电磁防护材料中的应用, 结合环氧树脂与碳纳米有序结构在电磁屏蔽效能和力学性能方面表现出的显著优势, 论述了环氧树脂基碳纳米管复合电磁屏蔽材料和碳纳米管有序纳米结构研究, 通过电磁仿真优化设计构筑三维导电网络结构, 得出8~12 GHz电磁波段屏蔽效能≥82.96 dB的理想结构模型, 为环氧树脂基碳纳米复合电磁屏蔽材料研究开发提供了指导, 有利于该新型电磁屏蔽材料在**、国民经济各领域的应用。

在光学超材料研究过程中,其微观结构的控制制备技术至关重要。综述了国内外在光学超材料制备方法方面的大致发展历程。重点介绍了二维光学超材料的制备技术,并分析对比了各种经典制备方法的优缺点。在二维光学超材料制备方法基础上,进一步叙述了三维光学超材料的传统制备和新的研究制备方法。简要介绍了均匀介质光学超材料的介电常数、磁导率、折射率和阻抗等有效电磁参数的提取过程。

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65 dB。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~18 GHz较宽波段的屏蔽性能均大于40 dB。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。

金属网栅和氧化铟锡(ITO)等透明导电膜是实现电磁屏蔽和可视兼容的常用材料，但其屏蔽和可见光透射率受到了很大的限制。通过解决屏蔽、导电与可视性能相互制约的矛盾，可有效提高电磁屏蔽与可视性能的兼容性。为此，报道了一种金属光子晶体透明膜。采用磁控溅射制备了ITO/Ag 为周期的金属光子晶体透明膜，研究了周期结构对样品屏蔽效能、透射率和方阻的影响。研究表明，随着单位周期金属膜厚的增加，可见光600~800 nm 波段透射率降低10%以上，可见光透射光谱变窄。同时400～600 nm 波长范围内透射率并没有随金属膜厚的增加而降低，甚至升高。随着单位周期金属膜厚增加，微波频段的屏蔽效能相应提高，方阻相应降低。实验证实：光子晶体膜的屏蔽效能与光子晶体中总金属膜厚不存在明确的因果关系，而是与“金属-电介质”的纳米周期结构相关。制备了一种屏效高达70 dB，方阻低达2.1 Ω ，透射率大于50%的光子晶体膜。

利用磁控溅射分层制备Ag和SiO2薄膜, 通过快速热处理, 使Ag颗粒富集在复合薄膜的表面。研究了Ag膜层厚度、退火时间、退火温度和退火方式对Ag颗粒形貌的影响,以及Ag颗粒致密度对其共振吸收的影响。结果表明: 通过控制每层Ag膜的厚度, 可有效控制Ag颗粒形貌。当每层金属为2 nm、退火温度为500 ℃时, 形成的颗粒粒径大小均匀且致密度较高。通过间断退火可有效降低Ag颗粒的粒径。发现Ag颗粒表面等离子共振吸收并没有随颗粒粒径的减小而明显降低, 甚至提高。这和以往的报道不同。通过深入研究金属颗粒表面等离子体产生机理, 发现其表面等离子共振吸收增强的原因是致密度较高的颗粒表面能级与费米能级差值较大, Ag颗粒内部的电子向颗粒表面迁移越多, 形成新的费米能级E′F的电子数就越多, 表面等离子共振吸收就越强。最终得出了金属颗粒共振吸收不单纯依赖于金属粒径、和颗粒的致密度也有很大关系的结论。