CN211907696U - 一种智能超材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电控开关，包括电阻膜和附着在电阻膜上的二氧化钒层，所述电阻膜可通过加载偏压产生电热效应使二氧化钒实现相变。本实用新型中的电控开关在二氧化钒相变前，表现为高透射特性；在二氧化钒相变后，表现为高反射特性,具有抗电磁干扰以及红外隐身性能。本实用新型还公开一种智能超材料，包括超材料层和上述电控开关，所述电控开关设置在超材料层的表面。在本实用新型中，电控开关和超材料中的人造微结构间隔设计，可有效减少温度对超材料性能的影响。

Description

一种智能超材料

【技术领域】

本实用新型涉及材料领域，尤其涉及一种电控开关及智能超材料。

【背景技术】

随着现代电磁技术的不断发展，电磁对抗手段趋向于智能化，而传统的电磁吸收超材料都依赖于其本身的材料损耗和结构谐振，其吸收性能是一成不变的，不能适应于智能化应用的需求。可调吸波材料是解决这一问题的关键，可以适应于不同的对抗环境，保证电磁超材料的环境适应性。目前可在吸波材料中引入相变材料或二极管，通过改变外部环境来改变物质的电磁特性。但是，二极管由于其本身特性，其损耗会随着工作频率的增加而增加，同时其精度在频率达到一定值后会大幅度降低，因此并不能用到较高的频段。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电控开关，所述电控开关包括电阻膜和附着在电阻膜上的二氧化钒(VO2)层，所述电阻膜可通过加载偏压产生电热效应使二氧化钒发生相变。二氧化钒在低温(68℃)可发生相变，其电导率会随温度发生变化，变化范围从200S/m到100000S/m。

本实用新型一种电控开关在电阻膜上附着二氧化钒层，通过加载偏压产生电热效应给二氧化钒层提供热源，使二氧化钒发生相变，从而改变电控开关的电磁特性。本实用新型中的电控开关在二氧化钒相变前(<68℃)，表现为高透射特性；在二氧化钒相变后(>68℃)，表现为高反射特性。由于相变后该电控开关具有高电导率特性，也就具备了红外低辐射率的性能，还可以用于红外波段隐身。本实用新型的电控开关结构简单，可设置在智能材料的表面实现动态控制。

本实用新型还公开一种上述或下述的电控开关在智能材料上的应用。

本实用新型还公开一种智能超材料，包括超材料层和上述或下述的电控开关，所述电控开关设置在超材料层的表面。在本实用新型中，电控开关和超材料中的人造微结构间隔设计，可有效减少温度对超材料性能的影响。

【附图说明】

图1本实用新型一种电控开关结构示意图；

图2本实用新型的电控开关在二氧化钒相变前、后的反射波谱；

图3本实用新型中一种人造微结构示意图；

图4本实用新型一种智能超材料侧视图；

图5图4所示智能超材料在二氧化钒相变前、后的反射波谱。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本实用新型公开一种电控开关，所述电控开关包括电阻膜 001和附着在电阻膜上的二氧化钒层002。电阻膜001可通过加载偏压产生电热效应使二氧化钒002发生相变。

在本发明的一些实施例中，所述二氧化钒层002的厚度t_vo2为 100nm-1000nm。

在本发明的一些实施例中，所述电阻膜001为镍铬合金电阻膜。

在本发明的一些实施例中，所述电阻膜表面电阻为1000Ω。

在本发明的一些实施例中，所述二氧化钒层的厚度为500nm。

在本发明的一些实施例中，二氧化钒相变前、后，所述电控开关的等效电阻值可从18Ω调控到1000Ω。

为进一步说明本实用新型电控开关的电磁性能，下面进一步限定电阻膜001为镍铬合金电阻膜，表面电阻为1000Ω，二氧化钒层的厚度t_vo2为 500nm。二氧化钒相变前、后，所述电控开关的等效电阻值可从18Ω调控到1000Ω。该电控开关在二氧化钒相变前、后的反射波谱如图2所示。由图 2可知，VO2相变前，其S11值仅为-16dB,反射率几乎为零；将其调制到相变后时，S11值变为-0.79dB,具有高效的截止特性。可将上述开关装置设置在智能超材料上，例如，将上述电控开关设置在吸波超材料表面，就能实现该吸波超材料的动态控制，增强其应用环境的适应性。另外，由于相变后该电控开关装置具有高电导率特性，也就具备了红外低辐射率的性能，可以用于红外波段的隐身。

本实用新型还公开一种智能超材料，包括超材料和上述电控开关，所述电控开关设置在超材料的表面。

在本发明的一些实施例中，超材料为吸波超材料。

在本发明的一些实施例中，吸波超材料为宽频吸波超材料。吸波超材料由人造微结构单元在介质基板上周期阵列形成。

请参阅图3，为本实用新型一种人造微结构的结构示意图。该人造微结构单元包括方环和设置在方环中心的棱形结构。方环的外边长为a，内边长为ra，棱形结构边长为b。

为进一步说明本实用新型一种智能超材料的电磁性能，下面进一步限定吸波超材料由人造微结构单元在介质基板上周期阵列形成，该人造微结构单元包括方环和设置在方环中心的棱形结构，其中，微结构单元的周期 P为8mm，方环的外边长a为6.8mm，内边长ra为3mm，棱形结构边长b 为2mm。将上述吸波超材料结构层夹设在两层厚度d1＝d2＝2mm的介质中，其中，上层介质介电系数为2.94，损耗正切角为0.0025；下层介质介电系数为1.08，且下层介质背部覆盖有金属底板，具体结构如图4所示。然后将上述电控开关覆盖在介质上(电控开关覆盖图4所示的结构，其中，电阻膜001为镍铬合金电阻膜，表面电阻为1000Ω，二氧化钒层的厚度为 500nm)，测试上述结构在二氧化钒相变前、后的反射波谱，测试结果如图5所示。由图5可知，VO2相变前，吸波超材料可以实现6.9～32.7GHz宽带范围内的高效吸波性能，而调制VO2相变后，该吸波超材料表现出了高效的截止特性。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (8)

1.一种智能超材料，其特征在于，所述智能超材料包括超材料和电控开关，所述电控开关设置在超材料的表面；所述电控开关包括电阻膜和附着在电阻膜上的二氧化钒层，所述电阻膜可通过加载偏压产生电热效应使二氧化钒发生相变。

2.如权利要求1所述的智能超材料，其特征在于，所述二氧化钒层的厚度为100nm-1000nm。

3.如权利要求1所述的智能超材料，其特征在于，所述电阻膜为镍铬合金电阻膜。

4.如权利要求1所述的智能超材料，其特征在于，所述电阻膜表面电阻为1000Ω,所述二氧化钒层的厚度为500nm。

5.如权利要求1-4任一项所述的智能超材料，其特征在于，所述超材料为吸波超材料。

6.如权利要求5所述的智能超材料，其特征在于，所述吸波超材料为宽频吸波超材料。

7.如权利要求6所述的智能超材料，其特征在于，所述吸波超材料由微结构单元在介质基板上周期阵列形成，所述微结构单元包括方环和设置在方环中心的棱形结构。

8.如权利要求7所述的智能超材料，其特征在于，所述微结构单元的周期P为8mm，方环的外边长a为6.8mm，内边长ra为3mm，棱形结构边长b为2mm。

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