CN106329150B - 一种吸波超材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的吸波超材料包括：金属板；至少一层蜂窝结构层；以及至少一层电阻结构层，其中，至少一层所述蜂窝结构层和至少一层所述电阻结构层交替地叠加在所述金属板上，其中，各层所述蜂窝结构层具有预定的厚度，各层所述电阻结构层具有预定的电导率。本发明所提供的吸波超材料在从来波到金属板的方向上各层蜂窝结构层具有预定的厚度，并且各层电阻结构层的厚度相同、电导率不同。该吸波超材料的吸波频率具有可调性，可以根据实际情况调整相应的工作频率，在宽频范围内具有良好的吸波性能，同时由于其具有蜂窝结构，因此重量非常轻。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，更具体地，涉及一种吸波超材料。
背景技术
吸波材料指能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料。吸波技术包括涂层吸波和结构吸波两类，涂层吸波是指在结构表面涂敷具有吸波功能的涂料以达到损耗电磁波的目的，结构吸波则是赋予材料吸波和承载双重性能。
现有的吸波材料利用各个材料自身对电磁波的吸收性能，通过设计不同材料的组分使得混合后的材料具体吸波特性，此类材料设计复杂且不具有大规模推广性，而且吸收电磁波的频带较窄，不能满足宽频吸波要求。
同时，传统的吸波材料的吸波频率的可调性较差。
发明内容
为了解决现有技术中的吸波材料吸收电磁波的频带较窄以及吸波频率的可调性较差的问题，本发明提供了一种吸波超材料。
本发明提供的吸波超材料包括：金属板；至少一层蜂窝结构层；以及至少一层电阻结构层，其中，至少一层蜂窝结构层和至少一层电阻结构层交替地叠加在金属板上，其中，各层蜂窝结构层具有预定的厚度，各层电阻结构层具有预定的电导率。
在上述吸波超材料中，蜂窝结构层和电阻结构层的层数相同。
在上述吸波超材料中，电阻结构层的厚度为0.020mm～0.030mm。
在上述吸波超材料中，在吸波超材料的金属板的表面上设置有吸波涂料。
在上述吸波超材料中，吸波涂料包括碳系的吸波材料或磁性的吸波材料。
在上述吸波超材料中，蜂窝结构层和电阻结构层的表面施加有胶膜。
在上述吸波超材料中，胶膜包括聚酰胺胶膜、聚醚砜树脂胶膜、环氧丙烷胶膜、丙烯酸胶膜中的一种或者多种。
在上述吸波超材料中，电阻结构层的面积小于相邻蜂窝结构层的面积。
在上述吸波超材料中，电阻结构层和蜂窝结构层均呈矩形，且二者的长或宽相等。
在上述吸波超材料中，吸波超材料的吸波频段范围为0.8GHz～18GHz。
本发明所提供的吸波超材料在从来波到金属板的方向上各层蜂窝结构层具有预定的厚度，并且各层电阻结构层的厚度相同、电导率不同。该吸波超材料的吸波频率具有可调性，可以根据实际情况调整相应的工作频率，而且在宽频范围内具有良好的吸波性能，同时由于其具有蜂窝结构，因此重量非常轻。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的实施例1的一种吸波超材料的示意图。
图2是本发明中实施例1的吸波超材料的反射率曲线。
图3是本发明中实施例2的吸波超材料的反射率曲线。
图4是本发明中实施例3的吸波超材料的反射率曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
超材料是一种以导电几何结构为基本单元并以特定方式进行空间排布的具有特殊电磁响应的新型材料，其对电磁响应的特征往往不取决于其构成材料的本征性质，而是由其导电几何结构的特征所决定，并且超材料可以在一定范围内实现普通材料无法具备的折射率、磁导率以及吸波极化性能，从而可以有效控制电磁波的传播特性。超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料，通过对导电几何结构的有序排列，改变了空间中每点的相对介电常数和磁导率。超材料可以在一定范围内实现普通材料无法具备的折射率、磁导率以及吸波性能，从而可以有效控制电磁波的传播特性。
本发明提供了一种吸波超材料，包括金属板、至少一层蜂窝结构层以及至少一层电阻结构层，其中，至少一层蜂窝结构层和至少一层电阻结构层交替地叠加在金属板上，在从来波到金属板的方向上各层蜂窝结构层具有预定的厚度，并且各层电阻结构层的厚度相同、电导率不同。本发明通过调整各材料层的参数，如蜂窝结构层的厚度和电阻结构层的电阻率等，可以使本发明提供的吸波超材料根据实际情况调整相应的工作频率，而且在宽频范围内具有比较好的吸波效果，且总厚度也比较理想。其中，电阻结构层的为0.020mm～0.030mm。在优选实施例中，电阻结构层的厚度为0.025mm，电阻结构层的电阻结构为竖条，按方块周期排布,电阻结构层的面积小于相邻蜂窝结构层的面积,且电阻结构层和蜂窝结构层均呈矩形，且二者的长或宽相等。
金属板的厚度为0.015mm至0.020mm，在优选实施方式中，金属板的厚度为0.018mm，且金属板优选为铜板，此外还可以是铁板或铝板。
本发明的吸波超材料中的蜂窝结构层和电阻结构层的层数相同。蜂窝结构层的厚度在3.2mm至9mm的范围内，电阻结构层的电导率在30S/m至700S/m的范围。
在优选实施例中，吸波超材料包括7层蜂窝结构层和7层厚度均为0.025mm的电阻结构层，从而使得该吸波超材料具有优良的吸波性能以及理想的总厚度。在一个优选实施例中，7层蜂窝结构层的厚度从外到金属板依次为：5.6mm、5.5mm、7mm、5.8mm、6mm、4.5mm、7.4mm，7层电阻结构层的电导率从外到金属板依次为：95S/m、33S/m、54S/m、89S/m、120S/m、126S/m和296S/m；在另一个优选实施例中，7层蜂窝结构层的厚度从外到金属板依次为：5.6mm、5.5mm、4mm、5.8mm、6mm、6mm、7.4mm，7层电阻结构层的电导率从外到金属板依次为：95S/m、41S/m、69S/m、89S/m、120S/m、126S/m和370S/m；在又一优选实施例中，7层蜂窝结构层的厚度从外到金属板依次为：5.6mm、5.5mm、4mm、5.8mm、6mm、6mm、7mm，7层电阻结构层的电导率从外到金属板依次为：95S/m、35S/m、69S/m、89S/m、120S/m、126S/m和694S/m。
本发明中的各个蜂窝结构层、电阻结构层和金属板之间可以通过胶膜的形式结合在一起，胶膜包括聚酰胺胶膜、聚醚砜树脂胶膜、环氧丙烷胶膜、丙烯酸胶膜中的一种或者多种。
结合传输线原理，在作为反射板的金属板上设置有吸波涂料，进一步衰减电磁波，以进一步衰减电磁波，达到更好的吸波性能。吸波涂料包括碳系的吸波材料或磁性的吸波材料。
本发明利用设计全新的导电几何结构产生具有超宽频的吸波效果，通过构造模拟电路与阻抗结合，并设计出相应模型，不但有很好宽频效果，而且吸收效果非常好。而且本模型结合了频率选择表面结构设计，因此可以根据实际情况调整相应工作频率，即把电路屏(即FSS，电阻层微结构)嵌入到基板中，按照控制输入阻抗的要求安排其余材料层，并调整电路屏和各层材料参数。这种结构能在宽频范围内实现很小的反射，并且总厚度也比较理想。这种吸波材料的优点在于其频率可调性，可以根据实际情况调整相应的工作频率，因此实用性非常广。而且本发明结合了阻抗匹配原理及LC电路原理，按照控制输入阻抗的要求安排其余材料层，通过调节各层蜂窝结构层的厚度及电阻结构层中的电阻结构以及排列。这种复合结构能在宽频范围内吸波效果比较理想，在0.8-18GHz都有比较好的吸波效果。
实施例1
图1是根据本发明的实施例1的一种吸波超材料的结构示意图，如图1所示，本发明的吸波超材料包括7层蜂窝结构层1、7层厚度均为0.025mm的电阻结构层(未示出)以及金属板2，其中金属板2为铜板，电阻结构层的面积小于相邻蜂窝结构层1的面积，电阻结构层和蜂窝结构层1均呈矩形，且二者的长相等。电阻结构层的电阻结构为竖条，按方块周期排布。7层蜂窝结构层1和7层电阻结构层依次交替地叠加在铜板上，7层蜂窝结构层的厚度从外到金属板依次为：5.6mm、5.5mm、7mm、5.8mm、6mm、4.5mm、7.4mm，7层电阻结构层的电导率从外到金属板依次为：95S/m、33S/m、54S/m、89S/m、120S/m、126S/m和296S/m，铜板的厚度为0.018mm。蜂窝结构层1和电阻结构层的表面施加有聚酰胺胶膜，通过胶膜使各层蜂窝结构层和电阻结构层以及金属板结合在一起，此外，在金属板上设置有碳系的吸波材料，以进一步衰减电磁波，从而提高吸波性能。在本实施例中，所制得的吸波超材料的厚度仅为42mm，其吸波性能如图2所示，该吸波超材料在0.8-18GHz都有比较好的吸波效果，在低频下吸波效果非常好，L波段反射率都在-8dB以下，在高频的吸波效果也非常理想，在X波段的反射率在-20dB以下。
实施例2
本发明的吸波超材料包括7层蜂窝结构层、7层厚度均为0.030mm的电阻结构层以及金属板，其中金属板为铁板，电阻结构层的面积小于相邻蜂窝结构层1的面积，电阻结构层和蜂窝结构层均呈矩形，且二者的宽相等。7层蜂窝结构层和7层电阻结构层依次交替地叠加在铜板上，7层蜂窝结构层的厚度从外到金属板依次为：5.6mm、5.5mm、4mm、5.8mm、6mm、6mm、7.4mm，7层电阻结构层的电导率从外到金属板依次为：95S/m、41S/m、69S/m、89S/m、120S/m、126S/m和370S/m，铝板的厚度为0.018mm。蜂窝结构层和电阻结构层的表面施加有聚醚砜树脂胶膜，通过胶膜使各层蜂窝结构层和电阻结构层以及金属板结合在一起。在本实施例中，所制得的吸波超材料的厚度仅为41mm，其吸波性能如图3所示，该吸波超材料在0.8-18GHz都有比较好的吸波效果，在低频下吸波效果非常好，L波段反射率都在-8dB以下，在高频的吸波效果也非常理想，在X波段的反射率在-18dB以下。
实施例3
如图1所示，本发明的吸波超材料包括7层蜂窝结构层、7层厚度均为0.020mm的电阻结构层以及金属板，其中金属板为铝板，7层蜂窝结构层和7层电阻结构层依次交替地叠加在铝板上，电阻结构层的面积小于相邻蜂窝结构层的面积，电阻结构层和蜂窝结构层均呈矩形，且二者的宽相等。7层蜂窝结构层的厚度从外到金属板依次为：5.6mm、5.5mm、4mm、5.8mm、6mm、6mm、7mm，7层电阻结构层的电导率从外到金属板依次为：95S/m、35S/m、69S/m、89S/m、120S/m、126S/m和694S/m，铝板的厚度为0.018mm。蜂窝结构层和电阻结构层的表面施加有环氧丙烷胶膜，通过胶膜使各层蜂窝结构层和电阻结构层以及金属板结合在一起。在本实施例中，所制得的吸波超材料的厚度仅为40.5mm，其吸波性能如图4所示，该吸波超材料在0.8-18GHz都有比较好的吸波效果，在低频下吸波效果非常好，L波段反射率都在-5dB以下，在高频的吸波效果也非常理想，在X波段的反射率在-16dB以下。
本发明所提供的吸波超材料包括金属板、至少一层蜂窝结构层以及至少一层电阻结构层，其中，至少一层蜂窝结构层和至少一层电阻结构层交替地叠加在金属板上，在从来波到金属板的方向上各层蜂窝结构层具有预定的厚度，并且各层电阻结构层的厚度相同、电导率不同。该吸波超材料的吸波频率具有可调性，可以根据实际情况调整相应的工作频率，在宽频范围内具有良好的吸波性能，同时由于其具有蜂窝结构，因此重量非常轻。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种吸波超材料，其特征在于，包括：
金属板；
七层蜂窝结构层；以及
七层电阻结构层，
其中，所述七层蜂窝结构层和所述七层电阻结构层交替地叠加在所述金属板上，其中，各层所述蜂窝结构层具有预定的厚度，各层所述电阻结构层具有预定的电导率；
其中，所述七层电阻结构层中各层电阻结构层的厚度相同，且所述七层蜂窝结构层中各层蜂窝结构层的厚度不同；
其中，所述七层蜂窝结构层中各层蜂窝结构层的厚度和所述七层电阻结构层中各层电阻结构层的电阻率被调整，使所述吸波超材料的吸波频率具有可调性；
所述电阻结构层的厚度为0.02mm～0.03mm，所述蜂窝结构层的厚度为3.2mm～9mm；所述吸波超材料在L波段的反射率在-8dB或-5dB以下。
2.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，所述蜂窝结构层和所述电阻结构层的层数相同。
3.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，所述蜂窝结构层和所述电阻结构层的表面均施加有胶膜。
4.根据权利要求3所述的吸波超材料，其特征在于，所述胶膜包括聚酰胺胶膜、聚醚砜树脂胶膜、环氧丙烷胶膜、丙烯酸胶膜中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的吸波超材料，其特征在于，所述电阻结构层的面积小于相邻蜂窝结构层的面积。
6.根据权利要求5所述的吸波超材料，其特征在于，所述电阻结构层和所述蜂窝结构层均呈矩形，且二者的长或宽相等。
7.根据权利要求1-6任一项所述的吸波超材料，其特征在于，所述吸波超材料的吸波频段范围为0.8GHz～18GHz。
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