在我们身边,电磁波无处不在。手机没信号的时候,为找不到电磁波苦恼;打开微波炉的时候,又害怕释放的电磁波把我们给“烧坏”了。电磁波应用领域中,电磁波的增强和削弱是两个难舍难分的“冤家”。电磁波的传输势必伴随着电磁波与周围环境的相互串扰,信号越强,干扰往往越大。因此,如何消除电磁波的干扰成为电磁波应用领域的一个重要问题。
电磁波干扰问题的场景大致可以分为以下三种:(a)无泄漏型;(b)无透射型;(c)有去无回型。三种场景示意如图1。a场景要求电磁波源产生的电磁波不能泄露到盒子(即某一区域)外面;b场景要求盒子外部电磁波无法进入盒子内部;c场景要求盒子内或盒子外产生的电磁波到达盒子表面时,不仅不能穿过盒子,还要求反射电磁波(图1c中蓝色箭头所示)为零(尽可能的小)。其中,以c类场景要求难度最大。
电磁波的隔离主要通过吸波材料来实现。场景a和场景b为电磁波隔离的常规模式,像常规手机屏幕、数码相机电路板等所产生的电磁干扰就属于该类型(如图2所示),主要通过导电材料(铜箔、铝箔、导电高分子、石墨烯等)和高导磁材料(FeSiAl、硅钢等)基本可以满足应用需求。
场景c为电磁波隔离的复杂模式,这类场景常用到的吸波材料多数为复合材料,如羰基铁、碳材料、铁氧体、高分子等复合材料均可用作c场景吸波材料以满足各种具体场景的应用需求。
为了让一种吸波材料尽可能多的满足多频段电磁波吸收的需求,宽频吸波材料成为一种首选。然而,这并不是一件很容易的事情。为了解决吸波材料的宽频吸收问题,中科院宁波材料所的科研人员通过数字仿真技术设计并制备出了一种可以吸收宽频带电磁波的多层结构,如图3所示。该多层结构利用碳纳米管的高导电性以及其在复合薄膜中形成的导电网格,实现了电磁波的频段分离,通过电磁波的分频段吸收实现电磁波的宽频吸收。