CN103094709B - 吸波超材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸波超材料，包括叠加在一起的至少两个超材料片层，所述每个超材料片层包括相对设置的第一基板和第二基板以及设置于所述第一基板和第二基板之间并呈阵列排布的多个人工微结构，将所述每个人工微结构及其对应所述第一基板和第二基板的部分一起定义为一个超材料单元，所述每个超材料片层可看作是由所述超材料单元阵列排布而成，当电磁波进入所述吸波超材料时，利用多层人工微结构耦合，使得入射电磁波尽可能不反射而最大限度的进入吸波超材料内部，并通过所述吸波超材料的谐振产生高损耗，将入射电磁波迅速地大量衰减而转化为热能或其他能量，达到了较好的吸波效果，且没有被吸收的电磁波由与电磁波的入射侧相对的另一侧透射出去，可满足不同的应用需求。

Description

吸波超材料
技术领域
本发明涉及电磁通信领域，更具体地说，涉及一种吸波超材料。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，电磁波的应用越来越广泛，给人们的生活带来了诸多便利，但是同时，电磁辐射也在不断增多，电磁污染的问题已越来越引起人们的关注。因此，开发能抵挡并削弱电磁辐射的吸波材料已成为材料科学的一大课题，而且从另外一个方面来说，吸波材料也是一种电磁隐身材料，在包括军事在内的诸多领域有广泛的需求。
吸波材料的工作原理是，让投射到其表面的电磁波按照从低磁导率向高磁导率的规律传播，利用在谐振处损耗比较大的原理，使得进入吸波材料内的电磁波能迅速衰减，并通过耦合把电磁波的能量转化成热能或其他能量而耗散掉。
超材料是通过改变其内部的人工微结构来获得预期的电磁响应的一类材料。人们利用超材料内部的多层人工微结构耦合，使得入射电磁波尽可能不反射而最大限度的进入超材料内部，并通过超材料的谐振产生高损耗，使入射电磁波迅速地大量衰减而转化为热能或其他能量，可达到比传统吸波材料更好的吸波效果。现有的吸波超材料通常由多块基板和其间的人工微结构层构成，并在最外侧的基板的外表面镀上金属，以使透射的电磁波经金属镀层反射后被二次吸收。但这种镀金属层的做法在一定程度上限制了现有吸波超材料的应用范围，难以满足实际应用的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种吸波效果较好的吸波超材料，可以满足广泛的应用需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种吸波超材料，包括叠加在一起的至少两个超材料片层，所述每个超材料片层包括相对设置的第一基板和第二基板以及设置于所述第一基板和第二基板之间并呈阵列排布的多个人工微结构，将所述每个人工微结构及其对应所述第一基板和第二基板的部分一起定义为一个超材料单元，所述每个超材料片层可看作是由所述超材料单元阵列排布而成。
优选地，所述每个人工微结构是由金属线构成的。
优选地，所述每个人工微结构包括相交的两分支，任一分支绕交点顺时针或逆时针旋转90°的角度后与另一分支相重合。
优选地，所述每个人工微结构的每一分支包括相互平行的第一金属线和第二金属线以及正交于所述第一金属线和第二金属线的第三金属线。
优选地，所述金属线呈扁平状。
优选地，所述每个人工微结构呈平面雪花形。
优选地，各个超材料片层的人工微结构的拓扑形状和几何尺寸均相同。
优选地，各个超材料片层的人工微结构的拓扑形状相同而几何尺寸不同。
优选地，各个超材料片层的人工微结构的拓扑形状不同。
优选地，各个超材料片层的第一基板和第二基板的厚度均相等。
本发明的吸波超材料具有以下有益效果：由于所述吸波超材料包括多个超超材料片层，每个超材料片层包括双基板及置于其间的人工微结构，当电磁波传播到所述吸波超材料时，利用双基板超材料片层内部的多层人工微结构耦合，使得入射电磁波尽可能不反射而最大限度的进入其内部，并通过所述吸波超材料的谐振产生高损耗，使入射电磁波迅速地大量衰减而转化为热能或其他能量，达到了较好的吸波效果，且没有被吸收的电磁波由与电磁波的入射侧相对的另一侧透射出去，满足了不同的应用需求。
附图说明
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明的吸波超材料的结构示意图；
图2是本发明的吸波超材料的透明画法的结构示意图；
图3是图2的正面放大图；
图4是本发明的一种人工微结构的示意图。
图中各标号对应的名称为：
10吸波超材料、12超材料片层、14超材料单元、16第一基板、18第二基板、20人工微结构、22分支、24第一金属线、26第二金属线、28第三金属线
具体实施方式
为了克服现有技术的不足，本发明利用一个与超材料片层相同的镜像层来代替最外侧的超材料片层上的金属镀层，提供了一种新型的吸波超材料。具体请参考图1，所述吸波超材料10包括至少两个沿垂直于片层表面的方向叠加在一起的超材料片层12。图1中所示为两个超材料片层12相互之间直接前、后表面相贴合在一起的情形，具体实施时，所述超材料片层12的数目可依据需求来增减，各个超材料片层12也可等间距地排列组装在一起。一般，我们将每个超材料片层12人为分隔为若干超材料单元14，并让每个超材料单元14的尺寸小于入射电磁波波长的五分之一，优选为十分之一，以使所述超材料片层12对入射电磁波产生连续响应。这时，每个超材料片层12便可看作是由若干超材料单元14阵列排布而成的。
请继续参考图2和图3，每个超材料片层12包括相对设置的第一基板16和第二基板18以及置于所述两基板16、18之间并呈阵列排布的多个人工微结构20。图中所示的两基板16、18在竖直方向的厚度均相等，且由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。在其他实施例中，所述基板16、18的厚度也可不相等，并可由除上述材料外的其他材料制成。所述人工微结构20通常为由金属线如铜线或者银线等构成的具有一定拓扑形状的平面或立体结构，并通过一定的加工工艺附着于所述基板16、18之间，例如蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、离子刻等，其中，金属线的截面可以为扁平状或其他任意形状，如圆柱状。将每个人工微结构20及其对应所述两基板16、18的部分一起定义为一个所述超材料单元14。
如图4所示，为本发明的人工微结构20的一个实施例。所述人工微结构20是由具有扁平状截面的金属线构成的平面雪花形，其包括相互正交的两分支22，每一分支22包括相互平行的第一金属线24和第二金属线26以及正交于所述第一金属线24和第二金属线26的第三金属线28。所述人工微结构20的两分支22的第三金属线28相互正交。所述人工微结构20的任一分支22绕对应交点顺时针或逆时针旋转90°的角度后与另一分支22相重合。而由组18阵列排布于多个超材料片层12上而形成的吸波超材料如图1所示。
此外，所述人工微结构20也可以呈其他任意形状。图2和图3中所示的两个超材料片层12上的人工微结构20相同，也即，其拓扑形状和几何尺寸均相同。事实上，每个超材料片层12上的人工微结构20也可以与其他超材料片层12上的人工微结构20不同，比如，所述人工微结构20的拓扑形状不同或者是拓扑形状相同而几何尺寸不同。
本发明的吸波超材料10包括多个超材料片层12，每个超材料片层12包括双基板16、18及置于其间的人工微结构20，当电磁波传播到所述吸波超材料10时，利用所述吸波超材料10内部的多层人工微结构20耦合，使得入射电磁波尽可能不反射而最大限度的进入其内部，并通过谐振产生高损耗，使入射电磁波迅速地大量衰减而转化为热能或其他能量，即可实现非常好的吸波效果，而且少量没有被吸收的电磁波由所述吸波超材料10的另一侧透射出去，而不是反射回电磁波入射的一侧，满足了不同的应用需求。
以上所述仅是本发明的若干具体实施方式和/或实施例，不应当构成对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如所述人工微结构可以是雪花形的衍生或重组，而这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种吸波超材料，其特征在于，包括叠加在一起的至少两个超材料片层，所述每个超材料片层包括相对设置的第一基板和第二基板以及设置于所述第一基板和第二基板之间并呈阵列排布的多个人工微结构，将所述每个人工微结构及其对应所述第一基板和第二基板的部分一起定义为一个超材料单元，所述每个超材料片层可看作是由所述超材料单元阵列排布而成；
所述每个人工微结构是由具有扁平状截面的金属线构成的平面雪花形，所述每个人工微结构包括相交的两分支，任一分支绕交点顺时针或逆时针旋转90°的角度后与另一分支相重合；所述每个人工微结构的每一分支包括相互平行的第一金属线和第二金属线以及正交于所述第一金属线和第二金属线的第三金属线；各个超材料片层的人工微结构的拓扑形状相同而几何尺寸不同。
2.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，各个超材料片层的第一基板和第二基板的厚度均相等。
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基于超材料的频率选择表面的研究;李松坡;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20110315(第3期);正文第34-40页及图5-5，5-6 *
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