基于电磁场仿真的金属-石墨烯多层复合薄膜结构设计与可控制备

作     者：刘伟 贾琨 王东红 沈腊珍 周必成 

作者机构：太原师范学院化学与材料学院 中国电子科技集团公司第三十三研究所 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划(2023YFB3811300 2023YFB3811304) 中央引导地方科技发展项目(YDZJSX2022B017) 山西省基础研究计划(202103021224448 202103021223453 201901D211576) 

主　　题：电磁屏蔽 石墨烯 仿真模拟 趋肤深度 磁控溅射 

摘      要：石墨烯薄膜因其独特的层状结构、高电导率以及良好的柔韧性，在电磁屏蔽领域被广泛研究。然而，石墨烯薄膜存在趋肤深度大的问题，导致其难以兼顾超薄厚度和高屏蔽效能。针对以上问题，基于传输线理论对石墨烯薄膜进行表面修饰和多层阻抗失配界面设计，建立金属-石墨烯多层异质结构模型并开展电磁仿真模拟研究，探索了金属类型、厚度、周期数等结构参数对电磁屏蔽性能的影响规律；依据仿真模型，采用磁控溅射方式构筑了Ag-石墨烯-Ag三明治结构复合薄膜（A-G-A CF）并研究了其电磁屏蔽性能及屏蔽机制。结果表明：石墨烯薄膜表面镀Ag后，电导率提高了近两个数量级，使趋肤深度大幅度减小，4～18 GHz频率范围的屏蔽效能由24 dB提高至44 dB。同时，三明治结构的构筑也增强了电磁波的损耗，使屏蔽效能进一步提高至51 dB。随着金属镀层厚度增加，A-G-A CF的屏蔽效能逐渐提高，金属镀层厚度约580 nm的A-G-A CF的屏蔽效能高达65 dB，可以屏蔽超99.9999%的电磁波能量。