DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-02-25-40
УДК: 53.06
Двухслойные радиоэкранирующие сэндвичструктуры на основе нерегулярных микросеток
Воронин А.С., Дамарацкий И.А., Макеев М.О., Рыженко Д.С., Михалёв П.А., Александровский А.С., Фадеев Ю.В., Иванченко Ф.С., Хартов С.В. Двухслойные радиоэкранирующие сэндвич-структуры на основе нерегулярных микросеток // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 2. С. 25–40. http:// doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-02-25-40
Voronin A.S., Damaratskiy I.A., Makeev M.O., Ryzhenko D.S., Mikhalev P.A., Aleksandrovskiy A.S., Fadeev Yu.V., Ivanchenko F.S., Khartov S.V. Two-layer EMI shielding sandwich structures based on irregular micromeshes [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. Т. 92. № 2. P. 25–40. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-02-25-40
Предмет исследования. Исследуются спектральные свойства нерегулярных серебряных микросеток и сэндвич-структур на их основе в видимом и радиочастотном диапазонах. Нерегулярные серебряные микросетки были сформированы при помощи самоорганизованного шаблона, получаемого в процессе растрескивания тонкой плёнки яичного белка. Цель работы. Разработка методики получения нерегулярных серебряных микросеток, толщиной более 500 нм, обладающих низким поверхностным сопротивлением и высоким пропусканием в видимом диапазоне. Получение на основе нерегулярных серебряных микросеток сэндвич-структур, демонстрирующих коэффициент экранирования в радиочастотном диапазоне не менее 60 дБ. Результаты. Разработан метод локального отслаивания периметра ячеек самоорганизованного шаблона, который позволяет значительно увеличить толщину напыляемого серебра до значений, превышающих 500 нм. Увеличение толщины напыляемого металла является критическим фактором для улучшения оптоэлектрических характеристик нерегулярных серебряных микросеток. На основе полученных микросеток были сформированы двухслойные сэндвич-структуры. Сэндвич-структуры, состоящие из нерегулярных серебряных микросеток на основе шаблона с частично отслоенным периметром ячеек, демонстрируют коэффициент экранирования 71,01 дБ в диапазоне 1–7 ГГц при величине пропускания в видимом диапазоне 80,02%. Практическая значимость. Сэндвичструктуры на основе нерегулярных серебряных микросеток на основе шаблона с частично отслоенным периметром ячеек перспективны для экранирования оптически прозрачных объектов и устройств вывода информации. Полученные в работе сэндвич-структуры превосходят используемые на практике оптически прозрачные экраны радиоизлучения по совокупности параметров коэффициент экранирования — оптическое пропускание — стоимость производства.
самоорганизованный шаблон, яичный белок, частичное отслоение периметра ячеек, нерегулярная микросетка, радиоэкранирующая сэндвич-структура
Благодарность:изготовление серебряных нерегулярных микросеток и сэндвич-структур на их основе, а также исследование их оптоэлектрических и экранирующих свойств выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Госзадания № FSFN-2024–0016. Получение и исследование самоорганизованного шаблона, а также операция частичного отслоения периметра ячеек выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Госзадания № FWES-2024-0026. Исследования методом сканирующей электронной микроскопии выполнены на оборудовании Красноярского регионального центра коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН.
Коды OCIS: 160.0160, 160.3900, 160.4670
Список источников:1. Van Eck W. Electromagnetic radiation from video display units: An eavesdropping risk? // Computers & Security. 1985. V. 4. № 4. P. 269–286. https://doi.org/10.1016/0167-4048(85)90046-X
2. Kuhn M.G. Electromagnetic eavesdropping risks of flat-panel displays. In: Martin D., Serjantov A. (eds). Privacy enhancing technologies. PET 2004. Lecture Notes in Computer Science. V. 3424. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. P. 344. https://doi.org/10.1007/ 11423409_7
3. Liang Z., Zhao Z., Pu M., Luo J., Xie X., Wang Y., Guo Y., Ma X., Luo X. Metallic nanomesh for high-performance transparent electromagnetic shielding // Opt. Mater. Express. 2020. V. 10. P. 796–806. https://doi.org/10.1364/OME.386830
4. Osipkov A.S., Makeev M.O., Konopleva E.A., Kudrina N.S., Gorobinskiy L.A., Mikhalev P.A., Ryzhenko D.S., Yurkov G.Yu. Optically transparent and highly conductive electrodes for acousto-optical devices // Mater. 2021. V. 14. № 23. P. 7178. https://doi.org/10.3390/ma14237178
5. Chung S.-I., Kim P.K., Ha T.-G., Han J.T. High-performance flexible transparent nanomesh electrodes // Nanotechnol. 2019. V. 30. P. 125301. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aafb94
6. Han Y., Lin J., Liu Y., Fu H., Ma Y., Jin P., Tan J. Crackle template based metallic mesh with highly homogeneous light transmission for high-performance transparent EMI shielding // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 25601. https://doi.org/10.1038/srep25601
7. Voronin A.S., Fadeev Y.V., Govorun I.V., Podshivalov I.V., Simunin M.M., Tambasov I.A., Karpova D.V., Smolyarova T.E., Lukyanenko A.V., Karacharov A.A., Nemtsev I.V., Khartov S.V. Cu-Ag and Ni-Ag meshes based on cracked template as efficient transparent electromagnetic shielding coating with excellent mechanical performance // J. Mater. Sci. 2021. V. 56. P. 14741–14762. https://doi.org/10.1007/s10853-021-06206-4
8. Jia L.C., Yan D.X., Liu X.F., Ma R.J., Wu, H.Y., Li Z.M. Highly efficient and reliable transparent electromagnetic interference shielding film // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. P. 11941–11949. https:// doi.org/10.1021/acsami.8b00492
9. Wang H., Ji C., Zhang C., Zhang Y., Zhang Z., Lu Z., Tan J., Guo L. J. Highly transparent and broadband electromagnetic interference shielding based on ultrathin doped Ag and conducting oxides hybrid film structures // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11. P. 11782–11791. https://doi.org/10.1021/acsami.9b00716
10. Shen S., Chen S.-Y., Zhang D.-Y., Liu Y.-H. High-performance composite Ag-Ni mesh based flexible transparent conductive film as multifunctional devices // Opt. Exp. 2018. V. 26. № 21. P. 27545–27554. https:// doi.org/10.1364/OE.26.0275465
11. Li M., Zarei M., Mohammadi K., Walker S.B., LeMieux M., Leu P.W. Silver meshes for record-performance transparent electromagnetic interference shielding // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. № 25. P. 30591–30599. https://doi.org/10.1021/acsami.3c02088
12. Zhang Y., Dong H., Li Q. Double-layer metal mesh etched by femtosecond laser for high-performance electromagnetic interference shielding window // RSC Adv. 2019. V. 9. P. 22282. https://doi.org/10.1039/C9RA03519B
13. Chen W., Liu L.-X., Zhang H.-B., Yu, Z.-Z. Flexible, transparent, and conductive Ti3C2Tx MXene–Silver nanowire films with smart acoustic sensitivity for high-performance electromagnetic interference shielding // ACS Nano. 2020. V. 14. P. 16643– 16653. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01635
14. Voronin A.S., Fadeev Y.V., Ivanchenko F.S., Dobrosmyslov S.S., Makeev M.O., Mikhalev P.A., Osipkov A.S., Damaratsky I.A., Ryzhenko D.S., Yurkov G.Y., Simunin M.M., Volochaev M.N., Tambasov I.A., Nedelin S.V., Zolotovsky N.A., Bainov D.D., Khartov S.V. Original concept of cracked template with controlled peeling of the cells perimeter for high performance transparent EMI shielding films // Surf. and Interfaces. 2023. V. 38. P. 102793. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.102793
15. Han B., Pei K., Huang Y., Zhang X., Rong Q., Lin Q., Guo Y., Sun T., Guo C., Carnahan D., Giersig M., Wang Y., Gao J., Ren Z., Kempa K. Uniform self-forming metallic network as a high-performance transparent conductive electrode // Adv. Mater. 2014. V. 26. P. 873–877. https://doi.org/10.1002/adma.201302950
16. Halman J.I., Ramsey K.A., Thomas M., Griffin A. Predicted and measured transmission and diffraction by a metallic mesh coating // Window and Dome Technologies and Materials XI: Orlando, Florida, United States. April 15–16. 2009. P. 73020Y. https://doi.org/10.1117/12.818760
17. Zhong H., Han Y., Lin J., Jin P. Pattern randomization: an efficient way to design high-performance metallic meshes with uniform stray light for EMI shielding // Opt. Exp. 2020. V. 28. № 5. P. 7008–7017. https:// doi.org/10.1364/OE.386921
18. Liao D., Zheng Y., Ma X., Fu Y. Honeycomb-ring hybrid random mesh design with electromagnetic interference (EMI) shielding for low stray light // Opt. Exp. 2023. V. 31. № 20. P. 32200–32213. https://doi.org/ 10.1364/OE.500407
19. Lee H.B., Jin W.-Y., Ovhal M.M., Kumar N., Kang J.-W. Flexible transparent conducting electrodes based on metal meshes for organic optoelectronic device applications: a review // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. P. 1087–1110. https://doi.org/10.1039/C8TC04423F
20. Sharma A.K., Mishra K.K., Raghuramaiah M., Naik P.A., Gupta P.D. Design and performance characteristics of an electromagnetic interference shielded enclosure for high voltage Pockels cell switching system // Sadhana. 2007. V. 32. № 3. P. 235–242. https://doi.org/10.1007/ s12046-007-0020-z
21. Klein C.A. Simple formulas for estimating the microwave shielding effectiveness of Ec-coated optical windows // Window and Dome Technologies and Materials. Orlando, Florida, United States. September 11, 1989. P. 1112. https://doi.org/10.1117/12.960783
22. Wang H., Lu Z., Liu Y., Tan J., Ma L., Lin S. Doublelayer interlaced nested multi-ring array metallic mesh for high-performance transparent electromagnetic interference shielding // Opt. Lett. 2017. V. 42. № 8. P. 1620–1623. https://doi.org/10.1364/OL.42.001620
23. Zarei M., Li M., Papazekos E., Su Y.-D., Sinha S., Walker S.B., LeMieux M., Ohodnicki P.R., Leu P.W. Single- and double-layer embedded metal meshes for flexible, highly transparent electromagnetic interference shielding // Adv. Mater. Technol. 2024. V. 9. P. 2302057. https://doi.org/10.1002/admt.202302057
24. Jiang Z., Zhao S., Huang W., Chen L., Liu Y.-H. Embedded flexible and transparent double-layer nickelmesh for high shielding efficiency // Opt. Exp. 2020. V. 28. № 18. P. 26531–26542. https://doi.org/10.1364/ OE.401543
25. Chen Q., Huang L., Wang X., Yuan Y. Transparent and flexible composite films with excellent electromagnetic interference shielding and thermal insulating performance // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. № 20. P. 24901–24912. https://doi.org/10.1021/ acsami.3c03140
26. Gu J., Hu S., Ji H., Feng H., Zhao W., Wei J., Li M. Multi-layer silver nanowire/polyethylene terephthalate mesh structure for highly efficient transparent electromagnetic interference shielding // Nanotechnol. 2020. V. 31. P. 185303. https://doi.org/10.1088/ 1361-6528/ab6d9d
27. Yuan C., Huang J., Dong Y., Huang X., Lu Y., Li J., Tian T., Liu W., Song W. Record-high transparent electromagnetic interference shielding achieved by simultaneous microwave Fabry–Pérot interference and optical antireflection // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 23. P. 26659–26669. https://doi.org/10.1021/acsami.0c05334
28. https://metamaterial.com/