Прозрачные радиоэкранирующие и радиопоглощающие материалы для систем связи нового поколения

Электромагнитное экранирование средств визуализации, таких как мониторы компьютеров, дисплеи измерительного оборудования, остекление зданий имеют большое значение в вопросах защиты информации [1]. В 80-х годах ХХ века была показана принципиальная возможность перехвата побочного радиоизлучения от монитора персонального компьютера (ПЭМИН-утечки) с его последующей декодировкой. В литературе методика получила название «перехват ван Эйка» [2]. Для борьбы с паразитным радиоизлучением монитора и других средств визуализации их экранируют. Для электромагнитного экранирования подобного рода объектов необходимо использовать такие материалы, которые сочетают оптическую прозрачность более 80% с поверхностным сопротивлением менее 5 Ом/кв. В качестве прозрачных радиоэкранирующих покрытий наиболее перспективны металлические микро- и наноструктуры, удовлетворяющие критерию низкого поверхностного сопротивления, к которым можно отнести сетки микро- и нанометровых масштабов, полученные при помощи процессов фотолитографии [3, 4], импринт литографии [5], самоорганизации [6, 7], методами 3D печати [8] и электрогидродинамической струйной печати [9]; плёнки Ag и Cu нанопроволок [10–12]; а также тонкоплёночные покрытия со структурой TiO2/ Ag/ AZO [13]. В нашей стране разработке прозрачных радиоэкранирующих материалов уделяется недостаточное внимание. Как правило, на практике используется лишь два типа покрытий: — тонкие плёнки прозрачных проводящих оксидов (ППО), таких как In2O3:SnO2 (ITO) и ZnO:Al2O3 (AZO), — металлические сетки со средним размером ячейки более 500 мкм. Плёнки ППО, как правило, имеют низкий коэффициент экранирования (не более 20–25 дБ) из-за высокого поверхностного сопротивления (~10 Ом/кв); Металлические сетки имеют высокий коэффициент экранирования (более 50 дБ) на частотах менее 1 ГГц, с повышением же частоты наблюдается существенное снижение коэффициента экранирования, вплоть до 20 дБ и ниже, из-за дифракционных эффектов и роста коэффициента прохождения. Переход к стандартам 5-го и 6-го поколения мобильной связи сопряжен с уменьшением длины волны используемого излучения, материалы, работоспособные на частотах 0,1–1,0 ГГц, становятся бесполезны на частотах К диапазона (18,0–26,5 ГГц) и выше, так как эффективность экранирования падает (менее 20 дБ). Таким образом, поиск новых тонких материалов, сочетающих высокий коэффициент экранирования и прозрачность в диапазоне видимых волн, является актуальной задачей современного материаловедения. Разработка эффективных прозрачных радиопоглощающих материалов – гораздо более сложная задача. Прозрачные поглотители радиоизлучения, как правило, реализованы на двухслойных структурах, в которых первый слой является частотно селективной поверхностью (frequency selective surface – FSS), а второй представляет собой сплошной слой с низким поверхностным сопротивлением. Резонансные эффекты в таких структурах определятся двумя факторами: — характерной резонансной частотой элементов FSS, — расстоянием между слоями (чем меньше расстояние, тем более высокочастотный резонанс). Для данных материалов важно обеспечить широкую полосу поглощения с коэффициентом поглощения более 90 %. В качестве элементов FSS рассмотрены прямоугольные [14], круглые [15] и элементарные ячейки более сложной формы [16]. В настоящее время в литературе в качестве основного материала для FSS структур указывают In2O3:SnO2; другие материалы исследованы в существенно меньшей степени, что открывает дополнительный потенциал для нашей работы.