【AMF论文推荐】青岛理工大学兰红波教授团队：大面积银铜核壳复合金属网栅电磁屏蔽玻璃增材制造

　　随着电磁污染的增加，电磁干扰（EMI）屏蔽材料引起了广泛关注，在可视化窗口、航空航天设备和可穿戴设备领域中广泛应用。但在保持出色透光率的同时实现高性能 EMI 屏蔽仍然是一个挑战。此外，在极冷环境下，良好的电加热性能也成为了视窗器件正常工作的保障。所以，亟需开发兼具光电性能、电磁屏蔽以及电加热性能的新型材料。

　　①金属网栅结构的周期、线宽等参数可以相对独立调节，可更好地权衡器件透光率和导电性。

　　②电场驱动复合微纳3D打印工艺可实现高分辨率金属银网栅制造，避免了光刻、蚀刻以及压印技术工艺复杂等问题。

　　③结合电镀工艺制备银铜复合网格，可在提高导电性、电加热性能和屏蔽效能的同时避免多层打印，提高了生产效率。

　　阐述了基于电场驱动喷射（EFD）微3D打印和电镀工艺的银铜复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃制造工艺流程以及原理，通过实验揭示了打印工艺参数（电压、气压，打印速度）对银网栅形貌与质量的影响规律，优化得到高分辨率银网栅制备工艺窗口；通过电镀实验揭示了电镀参数（电流密度、电镀时间）对制备的银铜复合金属网栅形貌与质量的影响规律，优化出高光电性能银铜复合金属网栅制备工艺窗口。

　　图2 EFD微纳3D打印工艺研究：（a）打印原理图;（b）六层银网栅的扫描电子显微镜图像;（c）纳米涂层疏水效果和不同电压（200 V，1000 V，2000 V，4000 V）下相应的银线形貌;（d）打印气压对线宽的影响;（e）打印高度对线宽的影响;（f）打印速度对线宽的影响;（g）大尺寸无拼接金属网栅透明电磁屏蔽玻璃（40cm×40cm）;（h-i）金属银网栅的扫描电子显微镜图像。

　　基于电场驱动喷射微3D打印和电镀工艺的银铜复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃的新方法，实现了高透光、高屏蔽效能以及高电加热性能的复合金属网栅制造。制备了周期250μm、线%的典型样件。制造的银铜复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃拥有良好的机械性能和环境稳定性：150次附着力测试后电阻变化率小于3%、72小时酸（PH=2.6）碱（PH=12.86）性腐蚀性测试电阻变化率分别为6%和0.6%，验证了制造的透明电磁屏蔽玻璃的稳定性。同时，银铜复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃也拥有高效的除冰除雾性能（3V直流电压可达到189 °C稳态温度）和高效的电磁屏蔽效能，其在X波段下（8-12GHz）的平均屏蔽效能大于23dB，能够满足大部分民用领域的电磁屏蔽要求。

　　图3 银铜复合金属的电加热性能：（a）不同电压（1 V、1.5 V、2 V、2.5 V、3V）下的热响应曲线图;（b）金属银网栅和银铜复合金属网在相同线宽下的电加热效果图（电压3V）;(c）不同环境温度（5°C、20°C、40°C）下的电加热效果图;（d）50次热循环疲劳试验结果;（e）不同电压（1 V、1.5 V、2 V、2.5 V、3V）下的稳态温度分布图像;（f）不同时长的除冰效果图。

　　图4 银铜复合金属网的电磁屏蔽效果：（a）银铜复合金属网的截面扫描电子显微图像;（b) 银元素分布图像;（c）铜元素分布图像;（d）X波段屏蔽效果;（e）周期性核壳结构示意图;（f）电磁屏蔽效果的模拟验证;（g） X射线

　　提出一种电场驱动喷射微3D打印和电镀工艺结合制造透明电磁屏蔽玻璃的新方法，实现了媲美大高宽比金属网格的优良光电性能、电磁屏蔽效能以及电加热性能。研究高精度银网的打印规律（打印电压、气压、速度、高度）和高性能银铜复合金属网的成型规律（电流密度、电镀时间），获得最优性能。本研究提出的制造方法具有优异的成本效益和效率优势，为低成本、大规模生产电磁屏蔽透明电加热玻璃提供了一条可行的路径。

　　银铜复合金属网栅透明电磁屏蔽具备超高的可见光透光性，同时也具备高效的电加热以及电磁屏蔽效能。该研究成果可应用在航空航天、军事国防、医疗建筑以及通讯领域的屏蔽显示窗。

　　，二级教授，工学博士，博士生导师，山东省增材制造工程技术研究中心主任，山东省高等学校增材制造（3D打印）技术与应用重点实验室主任。国家有突出贡献中青年专家，入选国家百千万人才工程，国务院政府特殊津贴专家，教育部新世纪优秀人才，山东省泰山学者特聘专家。中国机械工程学会增材制造（3D打印）技术分会常务委员，国际标准化组织（ISO）增材制造(ISO/TC261)标委会委员，全国增材制造标委会（SAC/TC562）委员，中国机械工程学会极端制造分会委员，国家知识产权局中国专利审查技术专家。主要从事微纳3D打印、先进电路和电子增材制造、复合/功能梯度材料增材制造等方向的研发和其工业化应用。先后主持国家自然科学基金纳米制造的基础研究重大研究计划项目、国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东省重点研发计划等18项纵向课题。以第一作者或通讯作者在Advanced Materials、Nano-Micro Letters、Advanced Science、Small、International Journal of Extreme Manufacturing、Additive Manufacturing、Composites Part B: Engineering、科学通报、中国科学、机械工程学报等国内外权威期刊发表高水平学术论文62篇（Q1和T1），SCI/EI收录论文180余篇。以第一作者出版英文学术专著1部，参编英文学术著作5部（Book Chapter）。以第一发明人授权美国发明专利5项，德国发明专利1项，中国发明专利58项。以第一完成人获得软件著作权6项。主持和参与制定国家标准11项。以第一完成人获第48届日内瓦国际发明展金奖1项，山东省技术发明二等奖1项，山东省高等学校优秀科研成果奖一等奖1项。作为研究生导师指导的3名研究生获得山东省优秀硕士学位论文，1人获得山东省研究生创新成果一等奖。美国、日本、瑞典、墨西哥等重要国际学术会议邀请报告18次。标志性成果：兰红波教授带领团队提出并建立了一种原创性微纳3D打印新技术：电场驱动喷射沉积微纳3D打印，研制出国内首台具有完全自主知识产权的电场驱动喷射沉积微纳3D打印机，五轴联动曲面共形电子3D打印机，并将该技术应用到先进电子电路增材制造、生物医疗、功能梯度材料和结构一体化制造等多个领域和行业。

　　，副教授，工学博士，博士研究生导师，山东省青创人才。山东省增材制造工程技术研究中心副主任，山东省高等学校增材制造（3D打印）技术与应用重点实验室副主任。目前主要从事微纳尺度3D打印、大面积透明电子、柔性混合电子以及可穿戴电子等先进电子与电路等方向的研究工作。主持国家自然科学基金面上及青年项目、山东省高等学校青创团队项目、山东省自然科学基金面上项目等项目7项。以第一或通讯作者在《Advanced Materials》、《Advanced Science》、《Small》、《International Journal of Extreme Manufacturing》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《科学通报》、《机械工程学报》等国内外权威期刊公开发表SCI/EI论文50余篇，入选ESI 1%高被引/封面/亮点论文9篇/次。第一发明人授权发明专利17项，在美国，新加坡等国内外重要国际会议作大会报告1次，邀请报告10次。指导研究生获得山东省研究生优秀科研成果奖一等奖2项、山东省优秀硕士学位论文4篇；指导本科生获得国家级科创大赛一等奖及二等奖各1项。指导研究生及本科生获得省挑战杯特等奖1项，互联网+银奖1项，省科创大赛一等奖4项，其他省级奖项10项。目前担任全国增材制造标准化技术委员会工艺分技术委员会委员，《International Journal of Extreme Manufacturing》等杂志青年编委，中国生产力促进中心协会增材制造委员会特聘专家，机械工程学会高级会员，国家自然科学基金通讯评审专家，《Advanced Materials》、《Nature Communications》、《Advanced Functional Materials》、《Small》、《ACS Applied Materials & Interfaces》等多个国际SCI期刊的审稿专家，曾获第48届日内瓦国际发明展金奖（排二）、山东省高等学校青创人才、国际先进材料协会青年科学奖（排一）、中国发明协会发明创业奖创新奖（排一）、山东省高等学校优秀科研成果奖（排一）、青岛市西海岸高层次紧缺人才奖励及荣誉。

　　JME学院是由《机械工程学报》编辑部2018年创建，以关注、陪伴青年学者成长为宗旨，努力探索学术传播服务新模式。首任院长是中国机械工程学会监事会监事长、《机械工程学报》中英文两刊主编宋天虎。