CN112134024A - 一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体。该吸波体包括：多个吸波单元，各所述吸波单元是在全石墨结构的四边体中凹陷一个多边体形成；所述多边体为中心对称结构；所述多边体上具有四个呈十字对称的开口。由于本发明公开的三维结构宽带超材料吸波体具有高度对称性，因此具有极化不敏感特性。且吸收频率带宽范围大，大角度斜入射波下的吸收良好。
Description
技术领域
本发明涉及超材料领域，特别是涉及一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体。
背景技术
超材料是一种新型人工电磁材料，其电磁特性高度依赖于其结构单元。通过电磁超材料结构单元的设计，可以获得有效的介电常数和磁导率，进一步实现负折射、非对称传输、极化偏转、超透镜和完美的吸收特性。由于其独特的电磁特性，引起了许多研究者的关注。目前，超材料已在微波、太赫兹和可见光等不同的电磁频段得到实现。超材料吸波体作为超材料的一个重要应用领域，近些年来得到广泛关注，它通过材料的各种不同的损耗机制能将入射电磁波转化成热能或者是其它能量形式，从而达到吸波的目的。当前吸波材料的发展方向是“厚度薄、质量轻、频段宽、吸收强”。然而现有的吸波体都采用金属-介质-金属结构，往往存在频段窄等缺点。此外，传统的吸波材料或吸波结构存在着大角度效果急剧下降以及极化不敏感的问题，这对于吸波材料或吸波结构的实际应用有了很大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，该三维结构宽带超材料吸波体具有低成本，结构简单的优点，在大角度入射波下也有很高的吸收率，同时具有极化不敏感特性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，包括：多个吸波单元，各所述吸波单元是在全石墨结构的四边体中凹陷一个多边体形成；所述多边体为中心对称结构；所述多边体上具有四个呈十字对称的开口。
可选的，所述全石墨结构的四边体的导电率为100000S/m。
可选的，所述开口的厚度小于所述全石墨结构的四边体的厚度。
可选的，所述多边体为正四边体。
可选的，所述多边体为正六边体。
可选的，所述多边体为正八边体。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1)吸收频率带宽范围大；本发明公开的三维结构宽带超材料吸波体的吸收频率带宽覆盖13.6THz到33THz，相对带宽为83.3％；
2)大角度斜入射波下的吸收良好；本发明公开的三维结构宽带超材料吸波体在15-35THz频率范围内，入射角达到30°，吸收率高于0.9；当入射角达到45°，吸收率也高于0.72，且随着入射角的增加，高频处的吸收率增大，吸收频率稳定性良好；
3)由于本发明公开的三维结构宽带超材料吸波体具有高度对称性，因此具有极化不敏感特性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例多边体为正八边体时基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体的结构示意图；
图2为本发明实施例多边体为正八边体时基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体的结构俯视图；
图3为本发明实施例多边体为正八边体时基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体的结构主视图；
图4为在TE极化波下垂直入射情况下的吸收率仿真结果图；
图5为在TE极化波不同极化角情况下的吸收率仿真结果图；
图6为在TE极化波的不同斜入射角情况下的吸收率仿真结果图；
图7为在TE极化波不同半径情况下的吸收率仿真结果图。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，该吸波体具有低成本，结构简单的优点，在大角度入射波下也有很高的吸收率，同时具有极化不敏感特性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开的一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体包括多个吸波单元。如图1-图4所示，各所述吸波单元是在全石墨结构的四边体中凹陷一个多边体形成，本实施例以正八边体为例。所述多边体为中心对称结构；所述多边体上具有四个呈十字对称的开口。所述全石墨结构的四边体的导电率为100000S/m。所述开口的厚度小于所述全石墨结构的四边体的厚度。
具体实施过程中，相应的结构设置包括：吸波单元尺寸a＝36μm，总厚度h＝6μm，镂空的八面柱体半径R＝16μm，ht＝3μm，t＝2μm。
图5为通过仿真软件得到的吸波体在TE极化波不同极化角情况下的吸收率仿真结果图。不同极化角下的吸波率曲线图一致，因此该吸波体具有极化不敏感特性。
图6为通过仿真软件得到的在TE极化波的不同斜入射角情况下的吸收率仿真结果图。在15-35THz频率范围内，入射角达到30°，吸收率高于0.9。当入射角达到45°，吸收率也高于0.72，且随着入射角的增加，高频处的吸收率增大。因此，在大角度斜入射的情况下，该吸波体具有良好的宽带吸收性能。
图7为通过仿真软件得到的不同半径下的吸收率仿真结果图。随着半径的增加，吸收强度增大，吸收带宽随着半径的增大先增加后减小。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，其特征在于，包括：多个吸波单元，各所述吸波单元是在全石墨结构的四边体中凹陷一个多边体形成；所述多边体为中心对称结构；所述多边体上具有四个呈十字对称的开口。
2.根据权利要求1所述的基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，其特征在于，所述全石墨结构的四边体的导电率为100000S/m。
3.根据权利要求1所述的基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，其特征在于，所述开口的厚度小于所述全石墨结构的四边体的厚度。
4.根据权利要求1所述的基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，其特征在于，所述多边体为正四边体。
5.根据权利要求1所述的基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，其特征在于，所述多边体为正六边体。
6.根据权利要求1所述的基于全石墨的三维结构宽带超材料吸波体，其特征在于，所述多边体为正八边体。
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