本报记者 郭诗梦

千米深的煤矿井下，大型采矿机械轰鸣运转，变频器、通风系统高速工作。这些设备在保障开采效率的同时，会产生电磁干扰。这种看不见的电磁波可能导致瓦斯探测器读数失真、通信设备信号中断、控制仪器失灵，给煤矿安全生产埋下致命隐患。

更棘手的是，传统电磁防护手段始终存在难以调和的矛盾：金属外壳虽然能阻挡部分干扰，却笨重不透明，遮挡仪器显示屏导致无法实时监控，且在潮湿多尘的井下环境中极易被腐蚀；普通屏蔽材料要么带宽狭窄，难以应对复杂频率干扰，要么厚度过大，影响设备运行。

设计出一款“透明、轻薄、广谱”的电磁防护装备，成为矿业安全领域的一个难题。

近日，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，研发出一种光学透明水基超材料吸收器，成功攻克了这一难题。相关研究成果发表在国际顶级期刊Advanced Science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。”2月7日，黄晓俊介绍，团队经过两年多的反复试验，最终确定了“ITO（高方阻氧化铟锡）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。

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%，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。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。”黄晓俊说。

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欧姆至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，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，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欧姆至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WiFi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”的问题，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，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，可适配不同规格的仪器设备。

“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，还在于为复杂环境下的电磁兼容提供了新范式。”黄晓俊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。

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，并拓展其在6G通信、新能源设备等领域的应用。”黄晓俊表示，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。

西安科技大学相关负责人说：“这项由我校科研团队牵头研发的超材料技术打破了传统电磁防护的技术瓶颈，彰显了我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’。”