CN113571919A - 一种吸波器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸波器件及其制备方法，所述吸波器件包括吸波膜，所述吸波膜由铁粉和树脂制成；夹在吸波膜之间的光子晶体，所述光子晶体包括第一晶体层和第二晶体层，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构；其中，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根的第二介质棒组成，所述第一介质棒由浆料A制成，所述第二介质棒由浆料B制成，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数。本发明的吸波器件应用波段在10GHz～10THz范围，可实现不同频段太赫兹波的隐身和调制。

Description

一种吸波器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸波器技术领域，尤其涉及一种吸波器件及其制备方法。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率为：0.1THz～10THz，波长范围为：30μm～3mm的电磁波，太赫兹波具有兼有微波和光波的“双重特性”，即类似微波的穿透能力和类似光波的方向性，相对于其他波段的电磁波具有非常强的互补特征。与微波、毫米波相比，THz探测技术可以获得更高的分辨率，具有突出的抗干扰能力和独特的反隐身能力；与激光相比，THz技术具有视场范围宽、搜索能力好、适用于恶劣气象条件等优点。

超材料的电磁响应不仅由其构成材料决定，更与其谐振单元的微结构和排列组合息息相关，基于电磁超材料的完美吸波膜(Perfect Metamaterial Absorber，PMA)通过设计合理的谐振器微结构可实现对特定频段电磁波的吸收。PMA具备设计灵活、响应可调、吸波强、频带宽、厚度薄、质量轻等诸多优点，可广泛用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、微型天线、智能通信、电磁波探测及调控等领域。

光子晶体是指介电常数(或折射率)在三维空间上呈三维排列的一种复合结构材料。与传统的晶体材料类似，当介电常数在三维空间中受到调制时，就会呈现出与固态电子晶体相似的能带结构，能量处于带隙之中的电磁波将不能在此结构中传播。当工作的电磁波频率在光波段时，习惯称之为光子晶体或光子带隙结构。当工作的电磁波频率处于微波频段范围时，习惯称之为电磁带隙结构。为研究方便，统一沿用“光子晶体”这一概念。

如何将吸波膜和光子晶体进行结合，以制得应用波段在10GHz～10THz范围、并可对不同频段太赫波的隐身和调制的吸波器件，是吸波器件的研究重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种吸波器件，应用的波段在10GHz～10THz范围，可实现不同频段太赫兹波的隐身和调制。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种吸波器件的制备方法，工艺简单，制备所得的吸波器精度高，应用的波段在10GHz～10THz范围，可实现不同频段太赫兹波的隐身和调制。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吸波器件，包括：

吸波膜，所述吸波膜由铁粉和树脂制成；

夹在吸波膜之间的光子晶体，所述光子晶体包括第一晶体层和第二晶体层，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构；其中，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根的第二介质棒组成，所述第一介质棒由浆料A制成，所述第二介质棒由浆料B制成，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数。

作为上述方案的改进，所述吸波膜由下述方法制得：

按配比将铁粉和树脂混合均匀，形成浆料C；

采用压延设备将浆料C压平，形成厚度为1～5mm的吸波膜。

作为上述方案的改进，所述浆料C在压平之前，在75～90℃下预热8～15min；

所述压延设备包括压延棍，所述压延棍在压延浆料C之前预热到60～80℃；

所述压延棍的预热温度低于浆料C的预热温度。

作为上述方案的改进，所述吸波膜中含有质量分数为50％～90％的铁粉。

作为上述方案的改进，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根第二介质棒组成，所述第一介质棒的直径为100～500μm，相邻第一介质棒的间距为300～700μm，所述第二介质棒的直径为100～500μm，相邻第二介质棒的间距为300～700μm。

作为上述方案的改进，所述陶瓷材料为钛酸钡和/或氧化锆；

若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同，则浆料A中陶瓷材料的含量大于或小于浆料B中陶瓷材料的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B；或者，

若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同，则浆料A中陶瓷材料的含量等于浆料B中陶瓷材料的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B。

作为上述方案的改进，浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，其中，浆料A中钛酸钡的含量大于或小于浆料B中钛酸钡的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B。

作为上述方案的改进，所述光子晶体由下述方法制成：

制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，所述浆料分为浆料A和浆料B，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数；

采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；

将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体。

作为上述方案的改进，将浆料装入无膜直写3D打印设备的料筒中，将无膜直写3D打印设备的工作输入气压设为480～580Kpa，工作气体输出设为10～100psi。

相应地，本发明还提供了一种吸波器件的制备方法，包括：

制备吸波膜，按配比将铁粉和树脂混合均匀，形成浆料C，采用压延设备将浆料C压平，形成厚度为预设厚度的吸波膜；

制备光子晶体，采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，且浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体；

将光子晶体夹在吸波膜之间，得到吸波器件。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明将光子晶体夹在吸波膜之间，首先利用吸波膜的特性，对某一特定频段的太赫兹波进行吸收，然后再利用光子晶体的特性，对另一频段的太赫兹波进行散射，从而实现吸波器件对较宽范围频段太赫波的隐身和调制。

此外，本发明将光子晶体夹在吸波膜之间，首先利用吸波膜的特性，对某一特定频段的太赫兹波进行吸收，然后再利用光子晶体的特性，对该特定频段的太赫兹波进行散射，从而实现吸波器件对特定频段太赫波的较高吸波率，进而提高吸波器件对特定频段太赫波的隐身效果。

附图说明

图1是本发明吸波器件的立体图；

图2是本发明光子晶体的立体图；

图3是本发明第一晶体层和第二晶体层的第一种堆叠方法；

图4是本发明第一晶体层和第二晶体层的第二种堆叠方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，本发明提供的一种吸波器件，包括吸波膜2和光子晶体1，其中，光子晶体1夹在吸波膜2之间。

吸波膜具备设计灵活、响应可调、吸波强、频带宽、厚度薄、质量轻等诸多优点，可广泛用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、微型天线、智能通信、电磁波探测及调控等领域。

本发明采用铁粉和树脂来制备吸波膜，由于铁粉具有高导磁性能，可以与太赫兹电磁波相互作用，来实现对不同频段太赫兹波的隐身和调制。此外，本发明的吸波膜在太赫兹波的作用下能够实现特定波段的吸收，从而实现对该波段的隐身。进一步地，本发明的吸波膜在外加磁场时，可以对外加磁场进行响应，实现对吸波器件的非接触性调控，从而实时地改变吸波器件对太赫兹波的响应频率，进而达到对太赫兹波进行调制的目的。

具体的，树脂的作用是使铁粉团聚、不分散。其中，树脂的含量对于吸波膜的形成以及吸波膜的性能起着一定的影响。优选的，所述吸波膜中含有质量分数为50％～90％的铁粉，示例性为50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％。若树脂的含量过多，影响铁粉与太赫兹电磁波的相互作用；若树脂的含量过少，在无法将铁粉进行有效的粘合，影响吸波膜的形成。

本发明的吸波膜采用压延的方法形成，因为压延方法可以形成厚度薄、面积大、且厚度均匀的吸波膜。其中，吸波膜的厚度均匀性对吸波膜的性能起着重要的影响。

当电磁波入射光子晶体中时，由于光子晶体的特殊空间阵列结构，而造成光子禁带，在光子禁带当中，光子态密度消失，导致电磁波无法传播，进而实现在该频段的隐身。

具体的，所述吸波膜由下述方法制得：

按配比将铁粉和树脂混合均匀，形成浆料C；

采用压延设备将浆料C压平，形成厚度为1～5mm的吸波膜。

具体的，所述浆料C在压平之前，在75～90℃下预热8～15min；所述压延设备包括压延棍，所述压延棍在压延浆料C之前预热到60～80℃；所述压延棍的预热温度低于浆料C的预热温度。

本发明的浆料C在压平之前，在75～90℃下预热8～15min可以保持浆料C的流动性，以使压延形成的吸波膜的厚度达到预设值，同时提高吸波膜的厚度均匀性。此外，本发明压延棍在压延浆料C之前预热到60～80℃，且压延棍的预热温度低于浆料C的预热温度，这样可以防止浆料C黏附在压延辊上，保证吸波膜的厚度达到预设值，并进一步提高吸波膜的厚度均匀性。

参见图2至图4，本发明的光子晶体1包括第一晶体层11和第二晶体层12，所述第一晶体层11和第二晶体层12堆叠形成木堆结构；其中，所述第一晶体层11由多根第一介质棒111组成，所述第二晶体层12由多根的第二介质棒121组成，所述第一介质棒111由浆料A制成，所述第二介质棒121由浆料B制成，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数。

本发明的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，以实现对特定频段太赫波的隐身和调制；此外，本发明的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，可以实现特定频段太赫波的散射，以实现对不同频段太赫波的隐身和调制。

具体的，所述光子晶体由下述方法制成：

制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，所述浆料分为浆料A和浆料B，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数；

采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；

将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体。

具体的，本发明的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，以实现对特定频段太赫波的隐身和调制；此外，本发明的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，可以实现特定频段太赫波的散射，以实现对不同频段太赫波的隐身和调制。

需要说明的是，为了保证浆料可以进行无膜直写，以及浆料挤出后可以保持线条的形状而没有坍塌，浆料的弹性模量要大于粘性模量。若浆料的弹性模量要小于粘性模量，则浆料一直处于流动状态，无法保持木堆结构。此外，随着料筒里面压力的增加，当超过一定的压力值的时候，浆料可以从针头挤出，当浆料从针头挤出之后，受到的剪切压力就消失，浆料具有粘弹逆变性，弹性模量才可以回到了平台段(弹性模量要大于粘性模量)，浆料才可以保持挤出之后的细丝状不变。

由于聚二甲基硅氧烷具有剪切应力致粘弹逆变特性，因此本发明以聚二甲基硅氧烷作为浆料的基础材料，这样可以使浆料采用无模直写3D打印技术直写成型，同时固化之后三维结构具有良好的柔性和延展性。

但是聚二甲基硅氧烷在THz波段的介电常数较低，只有2左右，因此本发明选择介电常数较高的陶瓷材料均匀分散于聚二甲基硅氧烷中，制成浆料。本发明的光子晶体，由聚二甲基硅氧烷提供柔性变形能力，由陶瓷材料提供介电能力，以使本发明的光子晶体对THz波产生更好响应。

优选的，所述陶瓷材料为钛酸钡和/或氧化锆。

为了进一步提高介质棒的质量，提高光子晶体的强布拉格散射，以及对特定波段的吸收，优选的，钛酸钡的平均粒径＜100nm，密度为6.08g/cm³。

其中，本发明可以通过调整陶瓷材料的含量和种类来制备介电常数不同的浆料A和浆料B。

例如，若本发明浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同，则可以通过调整浆料A中陶瓷材料的含量和B中陶瓷材料的含量来制备介电常数不同的浆料A和浆料B。

或者，若浆料A中陶瓷材料的含量等于浆料B中陶瓷材料的含量，则浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料可以选择不同的种类来制备介电常数不同的浆料A和浆料B。

其中，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同。

其中，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡，浆料B中的陶瓷材料为氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同。

具体的，浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，则浆料A中的钛酸钡的含量大于或小于浆料B中的钛酸钡的含量，即可制得介电常数不同的浆料A和浆料B。

或者，浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡，浆料B中的陶瓷材料为氧化锆，则浆料A中的钛酸钡等于浆料B中氧化锆的含量，也可制得介电常数不同的浆料A和浆料B。

需要说明的是，陶瓷材料的含量会影响浆料的粘度和模量，在浆料挤出针头时，为了保证相同的挤出速率，则需要更大的挤出压力，这样会影响介质棒的均匀性。优选的，浆料A和浆料B中，陶瓷材料的含量小于90％。

其中，本发明通过调整浆料A和浆料B中陶瓷材料的含量，可以进一步提高光子晶体的布拉格散射。优选的，浆料A中陶瓷材料的质量分数为20％～50％，浆料B中陶瓷材料的质量分数为30％～60％。

更优的，浆料A和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，浆料A中钛酸钡的质量分数为20％～50％，浆料B中钛酸钡的质量分数为30％～60％。

具体的，参见图2至图4，采用3D打印设备将浆料A形成第一晶体层11，将浆料B形成第二晶体层12，所述第一晶体层11和第二晶体层12堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品。其中，所述第一晶体层11由多根第一介质棒111组成，所述第二晶体层12由多根第二介质棒121组成。

现有凝胶注模方法形成的介质棒精度低，且无法达到微米以，因此现有方法制备所得的光子晶体应用的波段只能在1GHz以下，难以达到1THz。本发明采用无模直写成型技术来制备光子晶体，不仅可以制备高精度的光子晶体，而且还能使组成光子晶体的介质棒达到微米级，这样可以提高光子晶体的应用波段范围。

本发明除了通过采用不同介电常数的浆料(浆料A和浆料B)来提升光子晶体的性能外，还通过改进光子晶体的结构来提升光子晶体的性能。

光子晶体的结构参数包括介质棒的间距d、介质棒的直径D、以及介质棒在层层叠加方向的周期高度h，这些参数会对光子晶体的带隙位置产生一定的影响。其中，电磁波波长为λ，介质棒的间距为d，光子带隙对应的频率fn＝d/λ，真实频率f＝c/λ，c为光速，即，真实频率f＝300fn/d，d的单位是μm，f单位是THz。从上述公式可知，介质棒的间距d对光子晶体的带隙具有影响。

此外，光子带隙只有在周期高度h一定范围内才能出现，在固定介质棒直径的时候，介质棒间距的扩大，将扩大出现光子带隙的周期高度范围。

优选的，所述第一介质棒的直径为100～500μm，间距为300～700μm；所述第二介质棒的直径为100～500μm，间距为300～700μm。

其中，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数对光子晶体的布拉格散射，对特定波段的吸收，以及对不同频段太赫兹电磁波的隐身起着一定的影响。

优选的，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数为4～12层，其中，第一晶体层和第二晶体层的堆叠方式为ABAB或AABB。若所述第一晶体层和第二晶体层的总层数少于4层，则起不到效果；若所述第一晶体层和第二晶体层的总层数大于12，效果提升有限，但成本增加。因此结合滤波效果和经济性，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数为4～12层。

需要说明的是，对于理想的木堆结构，每层的高度w和介质棒直径D是一致的，但是在实际打印过程中，由于挤出之后要承受浆料的自重，一般将每层的高度设置的稍微小于介质棒的直径D，以保证挤出之后结构打印的完整性。

需要说明的是，无膜直写3D打印设备的工作输入气压和工作气体输出这两个参数对第一介质棒和第二介质棒的形成起着重要的作用，这两个参数直接决定了浆料A和浆料B是否可以从料筒中挤出，以及挤出速度是否恒定。其中，这两个参数与浆料A和浆料B的材料特性有关。

具体的，将浆料A和浆料B分别装入无膜直写3D打印设备的两个料筒中，将无膜直写3D打印设备的工作输入气压设为480～580Kpa，工作气体输出设为10～100psi。

优选的，无膜直写3D打印设备的工作输入气压为500～560Kpa，工作气体输出设为30～80psi，这样浆料A和浆料B不会挤出太快，在顺畅地挤出第一介质棒和第二介质棒的同时，保证了第一介质棒和第二介质棒的形状。

优选的，无膜直写3D打印设备的针头内径为100～200μm。其中，针头内径的大小决定了光子介质棒的粗细。

需要说明的是，所述浆料A和浆料B是在常温下挤出成型的。若温度过高，则影响第一介质棒和第二介质棒的晶格相，从而影响光子晶体的布拉格散射，以及对特定波段的吸收，进一步影响光子晶体对不同频段太赫兹电磁波的隐身。

本申请采用无膜直写3D打印设备，不仅可以形成直径为100～500的介质棒，还可以将相邻介质棒的间距控制在300～700μm。其中，组成晶体层的介质棒的直径大小以及间距对于光子晶体对特定波段的吸收效果，以及对不同频段太赫兹电磁波的隐身效果起着重要的作用。若光子介质棒的直径和间距小于上述范围，则应用的波段无法达到10GHz～10THz。

具体的，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根第二介质棒组成。优选的，所述第一介质棒之间相互平行，所述第二介质棒之间也相互平行。进一步优选的，参见图3，相邻两层的第一晶体层的第一介质棒111之间相互垂直堆叠，相邻两层的第二晶体层的第二介质棒112之间相互垂直堆叠；参见图4，相邻两层的第一晶体层和第二晶体层的第一介质棒111和第二介质棒112之间相互垂直堆叠。

优选的，固化温度为75～85℃，固化时间为1.5～2.5小时。

相应地，本发明还提供了一种吸波器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备吸波膜，按配比将铁粉和树脂混合均匀，形成浆料C，采用压延设备将浆料C压平，形成厚度为预设厚度的吸波膜；

S2、制备光子晶体，采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，且浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体；

S3、将光子晶体夹在吸波膜之间，得到吸波器件。

优选的，步骤S1中，所述浆料C在压平之前，在75～90℃下预热8～15min；所述压延设备包括压延棍，所述压延棍在压延浆料C之前预热到60～80℃；所述压延棍的预热温度低于浆料C的预热温度。

本发明的浆料C在压平之前，在75～90℃下预热8～15min可以保持浆料C的流动性，以使压延形成的吸波膜的厚度达到预设值，同时提高吸波膜的厚度均匀性。此外，本发明压延棍在压延浆料C之前预热到60～80℃，且压延棍的预热温度低于浆料C的预热温度，这样可以防止浆料C黏附在压延辊上，保证吸波膜的厚度达到预设值，并进一步提高吸波膜的厚度均匀性。

吸波膜具备设计灵活、响应可调、吸波强、频带宽、厚度薄、质量轻等诸多优点，可广泛用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、微型天线、智能通信、电磁波探测及调控等领域。

本发明采用铁粉和树脂来制备吸波膜，由于铁粉具有高导磁性能，可以与太赫兹电磁波相互作用，来实现对不同频段太赫兹波的隐身和调制。此外，本发明的吸波膜在太赫兹波的作用下能够实现特定波段的吸收，从而实现对该波段的隐身。进一步地，本发明的吸波膜在外加磁场时，可以对外加磁场进行响应，实现对吸波器件的非接触性调控，从而实时地改变吸波器件对太赫兹波的响应频率，进而达到对太赫兹波进行调制的目的。

具体的，树脂的作用是使铁粉团聚、不分散。其中，树脂的含量对于吸波膜的形成以及吸波膜的性能起着一定的影响。优选的，所述吸波膜中含有质量分数为50％～90％的铁粉，示例性为50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％。若树脂的含量过多，影响铁粉与太赫兹电磁波的相互作用；若树脂的含量过少，在无法将铁粉进行有效的粘合，影响吸波膜的形成。

本发明的吸波膜采用压延的方法形成，因为压延方法可以形成厚度薄、面积大、且厚度均匀的吸波膜。其中，吸波膜的厚度均匀性对吸波膜的性能起着重要的影响。

当电磁波入射光子晶体中时，由于光子晶体的特殊空间阵列结构，而造成光子禁带，在光子禁带当中，光子态密度消失，导致电磁波无法传播，进而实现在该频段的隐身。

具体的，本发明的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，以实现对特定频段太赫波的隐身和调制；此外，本发明的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，可以实现特定频段太赫波的散射，以实现对不同频段太赫波的隐身和调制。

需要说明的是，为了保证浆料可以进行无膜直写，以及浆料挤出后可以保持线条的形状而没有坍塌，浆料的弹性模量要大于粘性模量。若浆料的弹性模量要小于粘性模量，则浆料一直处于流动状态，无法保持木堆结构。此外，随着料筒里面压力的增加，当超过一定的压力值的时候，浆料可以从针头挤出，当浆料从针头挤出之后，受到的剪切压力就消失，浆料具有粘弹逆变性，弹性模量才可以回到了平台段(弹性模量要大于粘性模量)，浆料才可以保持挤出之后的细丝状不变。

由于聚二甲基硅氧烷具有剪切应力致粘弹逆变特性，因此本发明以聚二甲基硅氧烷作为浆料的基础材料，这样可以使浆料采用无模直写3D打印技术直写成型，同时固化之后三维结构具有良好的柔性和延展性。

但是聚二甲基硅氧烷在THz波段的介电常数较低，只有2左右，因此本发明选择介电常数较高的陶瓷材料均匀分散于聚二甲基硅氧烷中，制成浆料。本发明的光子晶体，由聚二甲基硅氧烷提供柔性变形能力，由陶瓷材料提供介电能力，以使本发明的光子晶体对THz波产生更好响应。

优选的，所述陶瓷材料包括钛酸钡和/或氧化锆。

为了进一步提高介质棒的质量，提高光子晶体的强布拉格散射，以及对特定波段的吸收，优选的，钛酸钡的平均粒径＜100nm，密度为6.08g/cm³。

其中，本发明可以通过调整陶瓷材料的含量和种类来制备介电常数不同的浆料A和浆料B。

例如，若本发明浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同，则可以通过调整浆料A中陶瓷材料的含量和B中陶瓷材料的含量来制备介电常数不同的浆料A和浆料B。或者，若浆料A中陶瓷材料的含量等于浆料B中陶瓷材料的含量，则浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料可以选择不同的种类来制备介电常数不同的浆料A和浆料B。

其中，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同。

其中，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡，浆料B中的陶瓷材料为氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同；或者，若浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡和氧化锆，浆料B中的陶瓷材料为钛酸钡，则浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同。

具体的，浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，则浆料A中的钛酸钡的含量大于或小于浆料B中的钛酸钡的含量，即可制得介电常数不同的浆料A和浆料B。

或者，浆料A中的陶瓷材料为钛酸钡，浆料B中的陶瓷材料为氧化锆，则浆料A中的钛酸钡等于浆料B中氧化锆的含量，也可制得介电常数不同的浆料A和浆料B。

需要说明的是，陶瓷材料的含量会影响浆料的粘度和模量，在浆料挤出针头时，为了保证相同的挤出速率，则需要更大的挤出压力，这样会影响介质棒的均匀性。优选的，浆料A和浆料B中，陶瓷材料的含量小于90％。

其中，本发明通过调整浆料A和浆料B中陶瓷材料的含量，可以进一步提高光子晶体的布拉格散射。优选的，浆料A中陶瓷材料的质量分数为20％～50％，浆料B中陶瓷材料的质量分数为30％～60％。

更优的，浆料A和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，浆料A中钛酸钡的质量分数为20％～50％，浆料B中钛酸钡的质量分数为30％～60％。

具体的，参见图2至图4，采用3D打印设备将浆料A形成第一晶体层11，将浆料B形成第二晶体层12，所述第一晶体层11和第二晶体层12堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品。其中，所述第一晶体层11由多根第一介质棒111组成，所述第二晶体层12由多根第二介质棒121组成。

现有凝胶注模方法形成的介质棒精度低，且无法达到微米以，因此现有方法制备所得的光子晶体应用的波段只能在1GHz以下，难以达到1THz。本发明采用无模直写成型技术来制备光子晶体，不仅可以制备高精度的光子晶体，而且还能使组成光子晶体的介质棒达到微米级，这样可以提高光子晶体的应用波段范围。

本发明除了通过采用不同介电常数的浆料(浆料A和浆料B)来提升光子晶体的性能外，还通过改进光子晶体的结构来提升光子晶体的性能。

光子晶体的结构参数包括介质棒的间距d、介质棒的直径D、以及介质棒在层层叠加方向的周期高度h，这些参数会对光子晶体的带隙位置产生一定的影响。其中，电磁波波长为λ，介质棒的间距为d，光子带隙对应的频率fn＝d/λ，真实频率f＝c/λ，c为光速，即，真实频率f＝300fn/d，d的单位是μm，f单位是THz。从上述公式可知，介质棒的间距d对光子晶体的带隙具有影响。

此外，光子带隙只有在周期高度h一定范围内才能出现，在固定介质棒直径的时候，介质棒间距的扩大，将扩大出现光子带隙的周期高度范围。

优选的，所述第一介质棒的直径为100～500μm，间距为300～700μm；所述第二介质棒的直径为100～500μm，间距为300～700μm。

其中，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数对光子晶体的布拉格散射，对特定波段的吸收，以及对不同频段太赫兹电磁波的隐身起着一定的影响。

优选的，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数为4～12层，其中，第一晶体层和第二晶体层的堆叠方式为ABAB或AABB。若所述第一晶体层和第二晶体层的总层数少于4层，则起不到效果；若所述第一晶体层和第二晶体层的总层数大于12，效果提升有限，但成本增加。因此结合滤波效果和经济性，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数为4～12层。

需要说明的是，对于理想的木堆结构，每层的高度w和介质棒直径D是一致的，但是在实际打印过程中，由于挤出之后要承受浆料的自重，一般将每层的高度设置的稍微小于介质棒的直径D，以保证挤出之后结构打印的完整性。

需要说明的是，无膜直写3D打印设备的工作输入气压和工作气体输出这两个参数对第一介质棒和第二介质棒的形成起着重要的作用，这两个参数直接决定了浆料A和浆料B是否可以从料筒中挤出，以及挤出速度是否恒定。其中，这两个参数与浆料A和浆料B的材料特性有关。

具体的，将浆料A和浆料B分别装入无膜直写3D打印设备的两个料筒中，将无膜直写3D打印设备的工作输入气压设为480～580Kpa，工作气体输出设为10～100psi。

优选的，无膜直写3D打印设备的工作输入气压为500～560Kpa，工作气体输出设为30～80psi，这样浆料A和浆料B不会挤出太快，在顺畅地挤出第一介质棒和第二介质棒的同时，保证了第一介质棒和第二介质棒的形状。

优选的，无膜直写3D打印设备的针头内径为100～200μm。其中，针头内径的大小决定了光子介质棒的粗细。

需要说明的是，所述浆料A和浆料B是在常温下挤出成型的。若温度过高，则影响第一介质棒和第二介质棒的晶格相，从而影响光子晶体的布拉格散射，以及对特定波段的吸收，进一步影响光子晶体对不同频段太赫兹电磁波的隐身。

本申请采用无膜直写3D打印设备，不仅可以形成直径为100～500的介质棒，还可以将相邻介质棒的间距控制在300～700μm。其中，组成晶体层的介质棒的直径大小以及间距对于光子晶体对特定波段的吸收效果，以及对不同频段太赫兹电磁波的隐身效果起着重要的作用。若光子介质棒的直径和间距小于上述范围，则应用的波段无法达到10GHz～10THz。

具体的，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根第二介质棒组成。优选的，所述第一介质棒之间相互平行，所述第二介质棒之间也相互平行。进一步优选的，参见图3，相邻两层的第一晶体层的第一介质棒111之间相互垂直堆叠，相邻两层的第二晶体层的第二介质棒112之间相互垂直

堆叠；参见图4，相邻两层的第一晶体层和第二晶体层的第一介质棒111和第二介质棒112之间相互垂直堆叠。

优选的，步骤S3中，固化温度为75～85℃，固化时间为1.5～2.5小时。

本发明将光子晶体夹在吸波膜之间，首先利用吸波膜的特性，对某一特定频段的太赫兹波进行吸收，然后再利用光子晶体的特性，对另一频段的太赫兹波进行散射，从而实现吸波器件对较宽范围频段太赫波的隐身和调制。

此外，本发明将光子晶体夹在吸波膜之间，首先利用吸波膜的特性，对某一特定频段的太赫兹波进行吸收，然后再利用光子晶体的特性，对该特定频段的太赫兹波进行散射，从而实现吸波器件对特定频段太赫波的较高吸波率，进而提高吸波器件对特定频段太赫波的隐身效果。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种吸波器件，其特征在于，包括：

吸波膜，所述吸波膜由铁粉和树脂制成；

夹在吸波膜之间的光子晶体，所述光子晶体包括第一晶体层和第二晶体层，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构；其中，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根的第二介质棒组成，所述第一介质棒由浆料A制成，所述第二介质棒由浆料B制成，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数。

2.如权利要求1所述的吸波器件，其特征在于，所述吸波膜由下述方法制得：

按配比将铁粉和树脂混合均匀，形成浆料C；

采用压延设备将浆料C压平，形成厚度为1～5mm的吸波膜。

3.如权利要求2所述的吸波器件，其特征在于，所述浆料C在压平之前，在75～90℃下预热8～15min；

所述压延设备包括压延棍，所述压延棍在压延浆料C之前预热到60～80℃；

所述压延棍的预热温度低于浆料C的预热温度。

4.如权利要求1所述的吸波器件，其特征在于，所述吸波膜中含有质量分数为50％～90％的铁粉。

5.如权利要求1所述的吸波器件，其特征在于，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根第二介质棒组成，所述第一介质棒的直径为100～500μm，相邻第一介质棒的间距为300～700μm，所述第二介质棒的直径为100～500μm，相邻第二介质棒的间距为300～700μm。

6.如权利要求1所述的吸波器件，其特征在于，所述陶瓷材料为钛酸钡和/或氧化锆；

若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同，则浆料A中陶瓷材料的含量大于或小于浆料B中陶瓷材料的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B；或者，

若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同，则浆料A中陶瓷材料的含量等于浆料B中陶瓷材料的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B。

7.如权利要求6所述的吸波器件，其特征在于，浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，其中，浆料A中钛酸钡的含量大于或小于浆料B中钛酸钡的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B。

8.如权利要求1所述的吸波器件，其特征在于，所述光子晶体由下述方法制成：

制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，所述浆料分为浆料A和浆料B，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数；

采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；

将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体。

9.如权利要求8所述的吸波器件，其特征在于，将浆料装入无膜直写3D打印设备的料筒中，将无膜直写3D打印设备的工作输入气压设为480～580Kpa，工作气体输出设为10～100psi。

10.一种吸波器件的制备方法，其特征在于，包括：

制备吸波膜，按配比将铁粉和树脂混合均匀，形成浆料C，采用压延设备将浆料C压平，形成厚度为预设厚度的吸波膜；

制备光子晶体，采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，且浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体；

将光子晶体夹在吸波膜之间，得到吸波器件。

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