CN102637960B - 一种基于人造微结构的柔性膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于人造微结构的柔性膜，该柔性膜包括膜本体和阵列排布在膜本体上的多个人造微结构。本发明的柔性膜通过在其表面设置人造微结构使得柔性膜不仅应用在塑料件时具有装饰和标识的作用，还可以对穿过该柔性膜电磁波进行调制，能够达到选择性透波或吸波的效果，改变附有该柔性膜的装置对电磁波的响应。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种基于人造微结构的柔性膜。
背景技术
随着塑料材料工业的兴起，因其塑料在制造方面强大的可塑性，并且容易加工，并且具有一定的强度、耐酸等优点，能够满足多种环境的需求，使得越来越多的零件、物品使用塑料材料制造。但是，塑料制造的零件、物品在成型后因其表面的外观问题通常需要进行喷漆等后续加工，人们开发出了一种新的塑料零件、物品的制备工艺，即IMD技术。IMD是目前国际风行的表面装饰技术，表面硬化透明薄膜，背面注塑层，可使产品耐摩擦，防止表面被刮花，并可长期保持颜色的鲜明不易退色。
用做IMD的柔性膜上通常会带有一定图案，而这些图案多是起到装饰的作用，更为通常的是用那些图案或者文字做成公司的LOGO或者商标的样子，可以起到对产品标识的作用。而利用该柔性膜去实现更多的功能还未见披露过。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于人造微结构的柔性膜，通过在该柔性膜上设计人造微结构来实现柔性膜不仅是保护和装饰作用，而且还具有对电磁波调制的作用，为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于人造微结构的柔性膜，包括膜本体，还包括阵列排布在所述膜本体上的多个导电材料制备的人造微结构。
进一步地，所述人造微结构阵列排布在所述膜本体的一表面。
进一步地，所述膜本体为PE、PC、PET和PMMA中的一种或几种制成的。
进一步地，所述膜本体所述表面上阵列的虚拟的划分为多个相等的方格，每个所述人造微结构占据一个所述虚拟划分的方格。
进一步地，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构的大小呈规律变化。
进一步地，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构从所述膜本体一侧向另一侧依次增大或者减小。
进一步地，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构从所述膜本体两侧向两侧对应的中心依次增大或者减小。
进一步地，所述人造微结构包括一十字形结构和四个分别连接于所述十字形结构的四个端部的三角环形结构。
进一步地，所述十字形结构包括两相互正交的金属线，所述十字形结构的四个端部由所述两金属线相互分隔形成，所述三角环形结构的一个角连接于所述十字形结构的相应端部，所述三角环形结构上对应连接所述十字形结构的一角的金属线具有一开口，两平行金属线垂直地连接于每个三角环形结构的开口的两端且位于所述三角环形结构的内部。
进一步地，所述多个人造微结构至少包括形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构。
本发明的柔性膜通过在其表面设置人造微结构使得柔性膜不仅应用在塑料件时具有装饰和标识的作用，还可以对穿过该柔性膜电磁波进行调制，能够达到选择性透波或吸波的效果，改变附有该柔性膜的装置对电磁波的响应。
附图说明
图1是本发明柔性膜实施方式1的结构示意图；
图2是本发明柔性膜实施方式2的结构示意图；
图3是本发明柔性膜实施方式3的结构示意图；
图4是图3实施方式中人造微结构的结构示意图；
图5是本发明柔性膜随电磁波频率变化的S参数曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做一步说明。
本发明的人造微结构是由导电材料制备的，该导电材料至少包括金属和导电油墨，其中，金属可以是铜、银、金等，可以根据导电性的需求来进行选择。
参见图1所示为本发明柔性膜实施方式1的结构示意图，该柔性膜包括膜本体10和多个人造微结构20，膜本体10可以是PE、PC、PET和PMMA中的一种或几种制成的，还可以根据需要在膜本体制备的原料里加入一些颜料，使膜本体10具有一定的颜色。人造微结构20有多个，排布在膜本体10的一表面上，在膜本体10的该表面上阵列的虚拟的划分为多个相等的方格11，人造微结构20对应的排布在上述方格11内，多个人造微结构20具有相同的形状，但其大小不同，以图中左右方向为行、上下方向为列，每一行的人造微结构20的尺寸相等，每一列上的人造微结构20从上到下尺寸依次变小，呈现出规律变化；在膜本体10上排布人造微结构20时，也可以在每一列上尺寸从上到下依次增大，也可以是每一列的人造微结构20的尺寸相等，在每一行上从左到右尺寸依次变大或者变小，当然也可以是每个人造微结构20的形状、尺寸均相等。
在膜本体上排布人造微结构时，人造微结构的排布可以是无序的，其尺寸可以根据需要设置；也可以虚拟的划分出每行或每列大小不相同的方格，而让每行或每列的人造微结构间的距离相等。
参见图2为本发明柔性膜实施方式2的结构示意图，该柔性膜同样的包括了膜本体10和多个人造微结构20，同样在膜本体10上虚拟的划分出大小相等的方格11，人造微结构20在膜本体10上呈对称分布，对称中心线为所有虚拟划分的方格11整体在上下方向上的中心线，人造微结构20的尺寸从上下向对称中心线依次减小，在对称中心线上下对应的人造微结构20旋转180°重合。人造微结构20的形状可以是相等的，只是尺寸向对称中心线依次减小或者增大，当然也可以是在左右方向上对称并且向对称中心线尺寸依次增大或者减小；还可以是中心位置的人造微结构尺寸最大、向其四周依次减小或者中心位置的人造微结构尺寸最小、向其四周依次增大。
膜本体的厚度0.1～2mm，在膜本体上排布的若干人造微结构不仅仅限于尺寸的差异，也可以是形状区别，在膜本体上阵列分布形状、尺寸不同的第一人造微结构、第二人造微结构、第三人造微结构等等。关于人造微结构的材料可以选用银、铜等，其厚度要保证人造微结构能够随柔性膜弯曲。人造微结构是具有拓扑形状的平面或立体结构，可以是图中所示的开口环形状，也可以是闭合环形状，也可以是“工”字形、“十”字形、雪花形等，也可以是开口环、闭口环、“工”字形、“十”字形、雪花形等形状的组合构成的人造微结构；也可以是细金属线围成的开口或者闭口的各种形状。
参见图3、图4，图3所示为本发明柔性膜实施方式3的结构示意图，该柔性膜包括膜本体10和多个人造微结构20，在膜本体10上虚拟的划分出大小相等的方格11，人造微结构20对应的排布在方格11内，每个人造微结构20的形状、尺寸均相同。图4所示为柔性膜人造微结构20的结构示意图，每个人造微结构20包括一十字形结构21和四个分别连接于十字形结构21的四个端部的三角环形结构22。十字形结构21包括两相互正交的金属线；十字形结构21的四个端部是由两金属线相互分隔形成的。每个三角环形结构22的一个角连接于十字形结构21的相应端部；每个三角环形结构22上对应连接十字形结构21的一角的金属线具有一开口；两平行金属线垂直地连接于每个三角环形结构22的开口的两端且位于三角环形结构22的内部，并平行于相应十字形结构21的两金属线之一、与另一金属线垂直。本文中所说的金属线优选的是呈具有一定宽度、扁平的线形状，金属线的截面类似于长宽比较大的矩形。
为了使得电磁波穿过柔性膜时反射小、透射多也即损耗小，可以在电脑仿真软件如CST上根据需要响应的电磁波的波长来不断调节人造微结构20的几何尺寸，并分别测量排布有各种人造微结构20的柔性膜10对电磁波的反射和透射，选出对电磁波反射小、透射多的人造微结构20即可。本实施方式中，在人造微结构20的几何形状确定的情况下，可通过不断调节其金属线的宽度及长短尺寸来仿真测量具有各种几何尺寸的人造微结构20，选出可让某一频段的电磁波透过、过滤掉另一频段的电磁波的人造微结构20，并利用该人造微结构20来获取柔性膜10。
图5所示为图3所示的柔性膜随电磁波频率变化的S参数曲线示意图，即电磁波透射柔性膜时的S参数(透射系数取对数)和反射的S参数(反射系数取对数)随电磁波频率变化的曲线，图中实线代表电磁波透射、虚线代表电磁波反射。由该种具体尺寸的人造微结构20制成的超材料可让频率为5-6GHz的电磁波透射，S值接近0dB，且在此频段内，S曲线相当平稳，变化很小，同时其反射也较小；而在2-3GHz时，电磁波透射最小，大约为-10dB以下，也即柔性膜会过滤掉2-3GHz的电磁波。可见，本发明的柔性膜具有选择性透波且透波率高、透波频带宽的性能。
本发明的柔性膜的选择性透波是通过改变膜本体上排布的人造微结构使一特定频段电磁波透过，而过滤掉另一特定频段的电磁波。
上面结合附图对本发明的实施方式进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，本领域的普通技术人员在本发明的启示下做出的技术方案均处于本发明的保护之内。
Claims (8)
1.一种基于人造微结构的柔性膜，包括膜本体，其特征在于，还包括：阵列排布在所述膜本体上的多个导电材料制备的人造微结构，所述人造微结构包括一十字形结构和四个分别连接于所述十字形结构的四个端部的三角环形结构，其中，所述十字形结构包括两相互正交的金属线，所述十字形结构的四个端部由所述两金属线相互分隔形成，所述三角环形结构的一个角连接于所述十字形结构的相应端部，所述三角环形结构上对应连接所述十字形结构的一角的金属线具有一开口，两平行金属线垂直地连接于每个三角环形结构的开口的两端且位于所述三角环形结构的内部。
2.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于，所述人造微结构阵列排布在所述膜本体的一表面。
3.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于，所述膜本体为PE、PC、PET和PMMA中的一种或几种制成的。
4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性膜，其特征在于，所述膜本体表面上阵列的虚拟的划分为多个相等的方格，每个所述人造微结构占据一个所述虚拟划分的方格。
5.根据权利要求4所述的柔性膜，其特征在于，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构的大小呈规律变化。
6.根据权利要求5所述的柔性膜，其特征在于，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构从所述膜本体一侧向另一侧依次增大或者减小。
7.根据权利要求5所述的柔性膜，其特征在于，所述膜本体所述表面上所述虚拟划分的方格内的所述人造微结构从所述膜本体两侧向两侧对应的中心依次增大或者减小。
8.根据权利要求1所述的柔性膜，其特征在于，所述多个人造微结构至少包括形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构。
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