三秦都市报-三秦网讯（记者 阮班慧）在千米深的煤矿井下，采矿机械轰鸣不息，变频器、通风系统高速运转，在保障开采效率的同时，也催生了无形的“安全杀手”——电磁干扰。这种看不见的电磁波，可能导致瓦斯探测器读数失真、通信信号中断、控制仪器失灵，给煤矿安全生产埋下致命隐患。如今，西安科技大学黄晓俊教授团队联合南京航空航天大学等单位研发的“透明电磁盾牌”，成功突破传统技术瓶颈，为这一行业痛点提供了全新解决方案。
既能“防住”又能“看见”
“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。”黄晓俊教授介绍，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。”黄晓俊教授解释道，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trade-off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。
模拟矿井实测超给力
在西安科技大学煤炭学科专业综合实验实训中心的模拟矿井巷道中，这款吸收器接受了严苛的实战检验。团队搭建了高功率电磁干扰环境，通过变频器等设备模拟井下复杂电磁场景，测试其对精密电子设备的防护效果。
实验中，未使用吸收器时，放置在干扰源附近的模拟万用表测量100欧姆电阻时，读数在10-90欧姆之间剧烈波动，误差高达80%；基于微控制器的数字电子钟则频繁闪烁，时间显示完全失真，这与井下电磁干扰导致的设备故障现象高度一致。
当研究人员将超材料吸收器覆盖在设备外部后，奇迹发生了：数字电子钟的显示屏迅速稳定，时间恢复准确；模拟万用表的读数稳定在98-102欧姆之间，测量误差控制在2%以内，完全满足工业级精度要求。此外，信号屏蔽测试显示，该吸收器能完全阻断Wi-Fi信号，并显著衰减移动通信信号，进一步验证了其强大的电磁屏蔽能力。
“井下设备的稳定性直接关系到矿工生命安全，比如瓦斯探测器的微小误差，都可能引发严重后果。”参与实验的神东煤炭集团大柳塔煤矿工程师表示，这款吸收器的实测表现超出预期，其透明特性让工人能实时观察设备运行状态，解决了传统屏蔽材料“防护与监控不可兼得”的痛点，在煤矿安全生产中具有极高的应用价值。
除了卓越的防护性能，该吸收器还具备极强的环境适应性。水基材料与树脂框架组合，使其具有良好的耐腐蚀、抗潮湿能力，能在井下多尘、高湿环境中长期稳定工作；3D打印的制造方式则降低了批量生产成本，便于现场裁剪部署，可适配不同规格的仪器设备。
为超材料设计提供了新思路
“这款吸收器的创新之处，不仅在于解决了煤矿井下的电磁防护难题，更在于为复杂环境下的电磁兼容提供了新范式。”黄晓俊教授强调了该技术的跨界潜力。
在智能采矿领域，随着5G、物联网、自动驾驶等技术的普及，井下电子设备密度大幅提升，电磁干扰问题日益突出。该吸收器可广泛应用于瓦斯传感器、智能监控摄像头、无人采矿设备等关键设备的防护，为智慧矿山建设筑牢安全屏障。目前，团队已与神东煤炭集团等企业达成合作意向，计划开展井下实地应用测试，推动技术成果产业化。
在工业物联网领域，该技术可用于工业机器人、精密仪器、智能传感器等设备的电磁屏蔽，尤其适用于对透明度有要求的显示面板、观察窗口等场景，解决工业生产中的电磁干扰问题，提升设备运行可靠性。
值得关注的是，该研究采用的“ITO-水协同损耗”机制，为超材料设计提供了新思路。团队通过参数优化，实现了吸收频率、带宽与厚度的精准调控，相关设计方法可迁移到太赫兹、红外等其他频段，开发出更多功能化超材料器件。
“下一步，我们将重点优化材料的耐高温性能和机械强度，开发柔性可穿戴版本，并拓展在6G通信、新能源设备等领域的应用。”黄晓俊教授表示，团队将持续深化研究，推动超材料技术从实验室走向更多应用场景，为我国高端制造业和安全生产领域提供核心技术支撑。
这项由西安科技大学科研团队牵头研发的超材料技术，不仅打破了传统电磁防护的技术瓶颈，更彰显了该校在超材料领域的研发实力。随着技术的不断成熟和产业化推进，这款“透明电磁盾牌”有望在更多领域发挥作用，为各行各业的安全高效运行保驾护航，让无形的电磁干扰不再成为制约发展的“绊脚石”。
