如何打造一款“透明、轻薄、广谱”的电磁防护装备，是矿业安全领域的一项难题。西安科技大学教授黄晓俊团队联合南京航空航天大学等单位，研发出一种光学透明水基超材料吸收器。这款被称为“透明电磁盾牌”的黑科技，实现了0.52吉赫至40吉赫超宽频率范围内90%以上的电磁干扰吸收，相对带宽高达194.9%，厚度却仅为最大工作波长的1/50，完美兼顾防护性能与视觉监控需求，为智能采矿安全提供了全新解决方案。
近日，该成果发布在《先进科学》上。
“煤矿井下的电磁环境极其复杂，低频干扰多、设备布局密集，传统材料要么‘防不住’，要么‘看不见’，我们的设计就是要同时解决这两个核心问题。”黄晓俊介绍，团队经过两年多的反复试验，最终确定了“ITO薄膜+水基树脂”的复合结构方案，让吸收器具备了“防护+透明”的双重特质。
这款超材料吸收器的结构看似简单，实则暗藏精密设计。它由四层功能结构组成：顶层是带有特殊图案的高方阻氧化铟锡（ITO）谐振层，中间是十字形空腔的树脂层，注入水后形成吸收区域，底层则是低方阻ITO反射背板，所有功能层都沉积在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板上，整体厚度仅13毫米。
ITO薄膜是实现“透明”的关键。这种材料兼具高导电性和光学透明性，高质量ITO薄膜的可见光透过率可超过90%，就像一层“隐形防护膜”，覆盖在仪器屏幕上也不会影响读数观察。团队通过激光蚀刻技术，在ITO薄膜上制作出外方环、内方环与连接条组成的特殊图案，使其能与低频电磁波产生谐振，高效吸收干扰能量。
而水基填充层则成为高频干扰的“克星”。水具有独特的极性和介电损耗特性，在高频段能通过分子极化弛豫效应快速耗散电磁能量。“我们利用3D打印技术制作树脂框架，精准控制水层厚度和分布，让它与ITO薄膜形成协同作用。”黄晓俊解释道，这种“低频靠ITO、高频靠水层”的分工模式，彻底打破了传统材料“带宽与厚度”的“权衡取舍、此消彼长”困境，实现了超宽频率覆盖。
为了适应煤矿巷道的复杂环境，团队还优化了吸收器的角度适应性。实验证明，即使电磁波以60°角斜入射，在横磁波（TM）模式下吸收率仍保持90%以上，横电波（TE）模式下也能达到80%以上，完全满足井下电磁波多方向反射的实际场景。同时，其极化不敏感特性确保了无论干扰信号来自哪个方向，都能稳定防护。
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