西安高校造出“透明電磁盾牌”

西安科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京航空航天大學(xué)等單位，成功研發(fā)一種光學(xué)透明水基超材料吸收器。這款被稱為“透明電磁盾牌”的黑科技，破解了千米深井復(fù)雜電磁環(huán)境下“防護(hù)與監(jiān)控不可兼得”的行業(yè)難題，為智能采礦安全提供了全新解決方案。。

在千米深煤礦井下，大型采礦機(jī)械轟鳴運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器、通風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電磁干擾，易導(dǎo)致瓦斯探測(cè)器讀數(shù)失真、通信中斷、儀器失靈，給煤礦安全生產(chǎn)埋下致命隱患。傳統(tǒng)金屬屏蔽材料雖能阻擋部分干擾，但笨重不透明、易腐蝕，且無法兼顧寬頻防護(hù)與輕薄特性，難以滿足井下復(fù)雜場(chǎng)景需求。

“煤礦井下的電磁環(huán)境極其復(fù)雜，低頻干擾多、設(shè)備布局密集，傳統(tǒng)材料要么‘防不住’，要么‘看不見’，我們的設(shè)計(jì)就是要同時(shí)解決這兩個(gè)核心問題。”西安科技大學(xué)教授黃曉俊介紹，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過兩年多的反復(fù)試驗(yàn)，最終確定了“ITO薄膜+水基樹脂”的復(fù)合結(jié)構(gòu)方案，讓吸收器具備了“防護(hù)+透明”的雙重特質(zhì)。吸收器試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)示意圖。西安科技大學(xué)供圖據(jù)悉，該吸收器由四層功能結(jié)構(gòu)組成：頂層是帶有特殊圖案的高方阻氧化銦錫(ITO)諧振層，中間是十字形空腔的樹脂層，注入水后形成吸收區(qū)域，底層則是低方阻ITO反射背板，所有功能層都沉積在柔性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板上，整體厚度僅13毫米。

西安科技大學(xué)黃曉俊教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京航空航天大學(xué)等單位，在國際頂級(jí)期刊《Advanced Science》發(fā)表最新研究成果，研發(fā)出一種光學(xué)透明水基超材料吸收器。這款被稱為“透明電磁盾牌”的黑科技，實(shí)現(xiàn)了0.52-40GHz超寬頻率范圍內(nèi)90%以上的電磁干擾吸收，相對(duì)帶寬高達(dá)194.9%，厚度卻僅為最大工作波長的1/50，完美兼顧防護(hù)性能與視覺監(jiān)控需求，為智能采礦安全提供了全新解決方案。

在西安科技大學(xué)煤炭學(xué)科專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心的模擬礦井巷道中，團(tuán)隊(duì)搭建了高功率電磁干擾環(huán)境，通過變頻器等設(shè)備模擬井下復(fù)雜電磁場(chǎng)景，測(cè)試其對(duì)精密電子設(shè)備的防護(hù)效果。

實(shí)驗(yàn)中，未使用吸收器時(shí)，放置在干擾源附近的模擬萬用表測(cè)量誤差高達(dá)80%。基于微控制器的數(shù)字電子鐘則頻繁閃爍，時(shí)間顯示完全失真，這與井下電磁干擾導(dǎo)致的設(shè)備故障現(xiàn)象高度一致。當(dāng)研究人員將吸收器覆蓋在設(shè)備外部后，模擬萬用表測(cè)量誤差控制在2%以內(nèi)，完全滿足工業(yè)級(jí)精度要求；數(shù)字電子鐘的顯示屏迅速穩(wěn)定，時(shí)間恢復(fù)準(zhǔn)確。此外，信號(hào)屏蔽測(cè)試顯示，該吸收器能完全阻斷Wi-Fi信號(hào)，并顯著衰減移動(dòng)通信信號(hào)，進(jìn)一步驗(yàn)證了其強(qiáng)大的電磁屏蔽能力。

參與實(shí)驗(yàn)的煤礦工程師表示，這款吸收器的實(shí)測(cè)表現(xiàn)超出預(yù)期，其透明特性讓工人能實(shí)時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在煤礦安全生產(chǎn)中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。此外，產(chǎn)品耐腐蝕、抗潮濕，適配井下多塵高濕環(huán)境，3D打印制造便于批量生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)部署。

“這款吸收器的創(chuàng)新之處，不僅在于解決了煤礦井下的電磁防護(hù)難題，更在于為復(fù)雜環(huán)境下的電磁兼容提供了新范式。”黃曉俊稱，該技術(shù)還能應(yīng)用到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、精密儀器、智能傳感器等領(lǐng)域，解決工業(yè)生產(chǎn)中的電磁干擾問題，提升設(shè)備運(yùn)行可靠性。隨著技術(shù)不斷成熟和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，這款“透明電磁盾牌”有望在智慧礦山、高端制造等多個(gè)行業(yè)發(fā)揮作用，讓電磁干擾不再成為行業(yè)發(fā)展的阻礙。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202518619