KR101731442B1 - 메타물질 및 이의 설계방법 - Google Patents

메타물질 및 이의 설계방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 메타물질의 설계방법은, 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들 중 특정 픽셀을 시작점으로 한 경로를 랜덤하게 생성하는 경로생성단계, 상기 복수의 픽셀 중 상기 경로에 대응되는 픽셀들에는 제1픽셀값을 부여하고 나머지 픽셀들에는 제2픽셀값을 부여하는 픽셀값부여단계 및 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수가 되도록, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환하거나, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환하는 픽셀값변환단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2픽셀값을 갖는 픽셀은 각각 제1 및 제2물질이 형성되는 영역에 대응될 수 있다.

Description

메타물질 및 이의 설계방법{METAMATERIAL AND METHOD FOR DESIGNING METAMATERIAL}
본 발명은 메타물질 및 이의 설계방법에 관한 것이다.
메타물질이란 아직 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록 설계된 물질이다. 메타물질은 플라스틱과 금속 같은 기본 물질로부터 형성된 복합 요소의 집합체로 구성된다. 이 물질은 보통 반복적인 패턴으로 배열되어 있다. 이러한 패턴의 기본 단위를 메타셀이라 지칭할 수 있다. 메타물질의 특성은 기본 물질의 특성뿐 아니라 메타셀의 기하학적 구조, 크기, 방향 및 배열 구조에 의해 결정될 수 있다.
한편, 중국 난징 대학의 T. Cui와 터키 Bilkent대학의 E.Ozbay가 각각 drilled-hole과 fishnet 구조를 활용하여 메타물질을 설계한 바 있다. Drilled-hole 구조와 fishnet 구조는 근사적인 등방적 구조로 볼 수 있으나, 엄밀하게는 그렇지 못하여 전자기파의 편파에 관하여 비등방적 특성을 나타낸다. 뿐만 아니라, 메타물질 내에서 메타셀이 규칙적으로 배열되기 때문에 넓은 동작 주파수를 확보하기 어려운 단점이 있었다.
본 발명에서는, 상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여, 광대역 및 편파독립 특성을 갖는 메타물질 및 이를 설계하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 메타물질의 설계방법은, 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들 중 특정 픽셀을 시작점으로 한 경로를 랜덤하게 생성하는 경로생성단계, 상기 복수의 픽셀 중 상기 경로에 대응되는 픽셀들에는 제1픽셀값을 부여하고, 나머지 픽셀들에는 제2픽셀값을 부여하는 픽셀값부여단계 및 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수가 되도록, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환하거나, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환하는 픽셀값변환단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2픽셀값을 갖는 픽셀은 각각 제1 및 제2물질이 형성되는 영역에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질의 설계방법은, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀들 전체가 서로 연결되도록 상기 복수의 픽셀들의 픽셀값을 조정하는 픽셀값조정단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 개수는, 상기 복수의 픽셀들의 개수와, 제1 및 제2물질의 기설정된 부피비에 근거하여 기설정될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2물질의 기설정된 부피비는, 상기 제1 및 제2물질의 유전율과, 상기 메타물질의 기설정된 등가 유전율에 근거하여 기설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질의 설계방법은, 상기 경로생성단계, 픽셀값부여단계 및 픽셀값변환단계가 실행되어 마련된 상기 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들을 하나의 세트로 준비하는 단계 및 상기 경로생성단계, 픽셀값부여단계 및 픽셀값변환단계가 반복 실행되어 마련된 복수의 세트가 적층되어 형성된 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들을 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들의 정보를 갖는 데이터를 저장하는 단계 및 상기 저장된 데이터를 3D 프린터에 입력하여 메타물질을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제1 및 제2물질이 혼합되어 형성되는 메타물질은, 상기 1 및 제2물질을 포함하고, 상기 제1 및 제2물질의 배열 패턴은, 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들 중 특정 픽셀을 시작점으로 한 경로를 랜덤하게 생성하는 경로생성단계, 상기 복수의 픽셀 중 상기 경로에 대응되는 픽셀들에는 제1픽셀값을 부여하고, 나머지 픽셀들에는 제2픽셀값을 부여하는 픽셀값부여단계 및 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수가 되도록, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환하거나, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환하는 픽셀값변환단계를 포함하는 설계방법에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명에서는, 랜덤하게 형성된 경로를 기반으로 서로 다른 픽셀값이 부여된 픽셀들을 이용하여 제1 및 제2물질의 배열 패턴이 형성되므로, 모든 방향에 있어 통계적 균질성을 갖는 메타 물질 및 이의 설계방법을 제공할 수 있다. 이에 따라, 유전율 값이 넓은 주파수 대역에서 유지되고, 주파수에 편파에 따라 변하지 않는 특성을 가진 메타물질 및 이의 설계방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 제1 및 제2물질 중 적어도 하나는 메타물질 내에서 전체적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 메타물질의 설계방법에 의하여 설계된 메타물질은 단일의 물질로서 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 유전율 혼합 법칙을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 메타물질의 등가 유전율과 관련된 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 메타물질의 설계방법의 대표 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 설계방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7 및 도 8은 도 3에서 설명한 설계방법을 통해 생성된 랜덤패턴을 갖는 복수의 픽셀들의 covariance matrix를 각각 2차원 및 3차원의 형태로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 메타물질의 설계방법의 흐름도이며, 도 10은 도 9의 설계방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명에 따른 설계방법에 따라 설계된 메타물질의 유전율을 free-space 유전율 측정방식을 통해 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 12는 도 11의 결과를 X-밴드 주파수에 관하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 관련된 메타물질 및 이의 설계방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 메타물질 및 이의 설계방법에 대하여 설명하기 위하여 필요한 유전율 혼합 법칙에 대하여 먼저 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 유전율 혼합 법칙을 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 본 발명과 관련된 메타물질의 등가 유전율과 관련된 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명과 관련된 메타물질(100)은, 바탕물질(120)과 상기 바탕물질(120)에 첨가된 첨가물질(110)로 이루어질 수 있다. 상기 바탕물질(120)과 첨가물질(110)은 자연에 존재하는 일반적인 물질일 수 있다.
본 발명과 관련된 메타물질(100)의 등가 유전율(εeff)은, 상기 바탕물질(120) 및 첨가물질(110)의 유전율에 의하여 영향을 받을 수 있다. 여기서, 유전율이란, 외부 전기장이 유전체에 가해졌을 때 일어나는 유전분극에 의한 전기장에 의하여 전체 전기장의 세기가 감소되는 비율을 의미하는 것으로, 물질 고유의 값일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명과 관련된 메타물질(100)의 등가 유전율은 하기 수학식(1)에 기반하여 획득될 수 있다.
하기 수학식(1)에서 εeff,εb 및εi,는 각각 메타물질(100)의 등가 유전율, 바탕물질(120)의 유전율 및 첨가물질(110)의 유전율을 의미한다.
또한, Nk는 depolarization factor로서, 첨가물질의 모양에 따라 결정되는 값이다. 예를 들어, 첨가물질(110)의 모양이 정육면체일 경우 Nk는 1/3의 값을 가질 수 있다.
또한, 하기 수학식(1)에서 φ는 상기 바탕물질(120)과 첨가물질(110)의 부피비(volume fraction)을 의미할 수 있다.
또한, 하기 수학식(1)에서 υ=0일 경우 Maxwell-Garnett, υ=1-Nk일 경우 Polder-van Santen, υ=1일 경우 coherent potential 모델들로 알려져 있으며, 이는 도 2에 도시되어 있다.
Figure 112016016393542-pat00001
...(1)
도 2는 하기 수학식(1)에 기반하여 메타물질의 등가 유전율(εeff)과 상기 부피비(υ)의 관계를 도출한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 메타물질의 등가 유전율(εeff)은 바탕물질의 유전율(εb)과 첨가물질의 유전율(εi) 사이의 값을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 2의 그래프는 바탕물질의 유전율(εb)이 1이고, 첨가물질의 유전율(εi)이 2.95인경우, 바탕물질과 첨가물질의 부피비(υ)를 조절하면, 1 내지 2.95 중 임의의 값의 등가 유전율(εeff)을 갖는 메타 물질을 설계할 수 있음을 보인다.
한편, 상기 1과 2.95는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명과 관련된 바탕물질 및 첨가물질의 유전율은 상기 수치들에 한정되지 않고 다양한 값을 가질 수 있다.
한편, 메타물질의 등가 유전율(εeff)과 상기 부피비(υ)의 관계는 수학식(1)을 기반으로 수치해석적으로 도출된 것이므로, 모델에 따라 약간씩 달라질 수 있다. 도 2는, 세 가지의 모델(Maxwell-Garnett, Polder-van Santen 및 Coherent Potential)에 따른 메타물질의 등가 유전율(εeff)과 상기 부피비(υ)의 그래프를 도시한다.
본 발명에서는, 사용자의 선택 또는 기설정된 방법에 의하여 상기 세 가지의 모델 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
본 발명에서는, 설계하고자 하는 메타물질의 등가 유전율(εeff)이 설정되면, 바탕물질과 첨가물질의 부피비(υ)가 결정될 수 있다. 다시 말해, 상기 바탕물질과 첨가물질의 부피비(υ)는, 상기 바탕물질과 첨가물질 각각의 유전율(εb, εi)과, 상기 기설정된 메타물질의 등가 유전율(εeff)에 근거하여 기설정될 수 있다.
본 발명에서는, 상기 메타물질을 이루는 바탕물질과 첨가물질이 상기 기설정된 부피비를 가지며, 상기 메타물질 내에서 통계적으로 균질하게 배치될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 상기 메타물질의 설계방법에 대하여 구체적으로 살핀다.
도 3은 본 발명에 따른 메타물질의 설계방법의 대표 흐름도이며, 도 4 내지 도 6은 도 3의 설계방법을 설명하기 위한 개념도이다.
한편, 이하에서는, 상기 첨가물질과 바탕물질을 각각 제1 및 제2물질로 지칭할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들 중 특정 픽셀을 시작점으로 한 경로를 랜덤하게 생성하는 경로생성단계(S310)가 진행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 예를 들어, 상기 복수의 픽셀들은, 사각형의 형태로 배열될 수 있다. 또한, 상기 시작점(401)은, 상기 사각형의 가장자리의 어느 한 점일 수 있다. 도면에서는, 상기 시작점(401)이, (0, 0) 좌표에 대응되는 픽셀로 설정될 것을 도시한다.
상기 랜덤하게 생성되는 경로는, 사각형의 가장자리의 어느 한점에 이르면 종료될 수 있다. 다시 말해, 상기 경로의 종료점(402a, 402b)은, 상기 가장자리에 배치되는 시작점(401)과 다른 어느 한점일 수 있다.
상기 경로의 방향은 하나의 픽셀에서, 상기 하나의 픽셀과 접하고 있는 4개의 픽셀 중 적어도 하나를 향하는 방향일 수 있다. 상기 하나의 픽셀과 접하고 있는 4개의 픽셀 중 어느 픽셀이 선택되는 것인지는 랜덤하게 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 하나의 픽셀과 접하고 있는 4개의 픽셀 중 복수의 픽셀이 선택되는 경우에는, 상기 경로가 복수의 경로로 분리될 수 있다. 다시 말해, 하나의 경로(404)는 분기점(403)을 기준으로 복수의 경로(404a, 404b)로 나뉘어질 수도 있다.
도 3을 참조하면, 상기 복수의 픽셀 중 상기 경로에 대응되는 픽셀(410)들에는 제1픽셀값을 부여하고, 나머지 픽셀(420)들에는 제2픽셀값을 부여하는 픽셀값부여단계(S320)가 진행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 및 제2픽셀값이 부여된 픽셀(410, 420)들은 서로 다른 색으로 표시될 수 있다.
도 5를 참조하면, S310 단계 및 S320 단계가 완료되면, 평면 형태의 복수의 픽셀들은 제1 및 제2픽셀값 중 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
본 발명에서는, 상기 제1 및 제2픽셀값을 갖는 픽셀(410, 420)은 각각 상기 제1 및 제2물질이 형성되는 영역에 대응될 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2물질의 기설정된 부피비(υ)에 근거하여, 상기 복수의 픽셀들 전체의 개수에 대한 제1픽셀값을 갖는 픽셀(410)의 개수의 비가 결정될 수 있다. 다시 말해, 상기 부피비(υ)와, 복수의 픽셀들 전체의 개수에 근거하여, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀(410)의 개수가 기설정될 수 있다.
도 3을 참조하면, S310 단계 및 S320 단계가 완료되면, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수가 되도록 픽셀들의 픽셀값을 변환하는 픽셀값변환단계(S330)가 진행될 수 있다.
보다 구체적으로, S330단계는, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수를 만족하지 않는 경우, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환하거나, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환하는 단계일 수 있다.
제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수보다 작은 경우에는, 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환할 수 있다. 이때, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중에서 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수와 상기 기설정된 개수의 차이만큼 랜덤하게 선택할 수 있다.
제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수보다 클 경우에는, 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환할 수 있다. 이때, 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중에서 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수와 상기 기설정된 개수의 차이만큼 랜덤하게 선택할 수 있다.
즉, S330단계가 완료되면, 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 개수는, 기설정된 개수를 만족할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 S330단계가 완료되면, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀들 전체가 서로 연결되도록, 상기 복수의 픽셀들의 픽셀값을 조정하는 픽셀값조정단계(S340)가 진행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 복수의 픽셀중 나머지 픽셀들(620)과 서로 연결되지 않은 일부의 픽셀들(610)이 존재하는 경우, 상기 일부의 픽셀들(610)이 나머지 픽셀들(620)가 서로 연결되도록, 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부(630)가 제1픽셀값을 갖도록 변환될 수 있다.
한편, 도시되지는 않으나, 제2픽셀값에서 제1픽셀값을 갖도록 변환된 픽셀의 개수만큼, 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부가 제2픽셀값을 갖도록 변환됨으로써, 전체적으로, 제1픽셀값의 개수가 S340단계가 진행되기 전의 개수만큼 유지될 수 있다.
일련의 S310 내지 S340 단계가 진행이 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1픽셀값을 갖는 픽셀들(510)이 서로 떨어지지 않고 연결되며, 그 패턴이 평면 내에서 무작위적으로 분포될 수 있다. 또한, 일련의 S310 내지 S340 단계가 진행이 완료되면, 평면 내에서 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀들(510)의 개수가 기 설정된 개수가 될 수 있다.
도 7 및 도 8은, 도 3에서 설명한 설계방법을 통해 생성된 랜덤패턴(도 5에 도시된 랜덤패턴)을 갖는 복수의 픽셀들의 covariance matrix를 각각 2차원 및 3차원의 형태로 도시한 것이다.
도 7 및 도 8에서 도시된 바와 같이, 주 대각성분이 Dirac delta 함수의 형태를 갖고, off-diagonal 성분이 존재하나 주 대각성분에 비해 상대적으로 적은 값을 갖기 때문에, 도 5에 도시된 랜덤패턴은 충분히 무작위적이라 할 수 있다.
지금까지 2차원 평면 형태로 배열된 픽셀을 기반으로 메타물질의 패턴 분포를 설계하는 방법에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 3차원 입체 형태로 배열된 픽셀을 기반으로 메타물질을 설계하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 9은 본 발명에 따른 메타물질의 설계방법의 흐름도이며, 도 10은 도 9의 설계방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9을 참조하면, 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들을 하나의 세트로 준비하는 단계(S910)가 진행될 수 있다.
상기 복수의 픽셀들은, 전술한 바 있는 경로생성단계(S310), 픽셀값부여단계 (S320)및 픽셀값변환단계(S330)가 실행되어 마련된 복수의 픽셀들일 수 있다.
도 9을 참조하면, S910 단계 이후에는, 상기 경로생성단계(S310), 픽셀값부여단계(S320) 및 픽셀값변환단계(S330)가 반복 실행되어 마련된 복수의 세트가 적층되어 형성된 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들을 준비하는 단계(S920)가 진행될 수 있다.
도 10을 참조하면, 각각의 세트(1010, 1020)의 픽셀들은 서로 다른 패턴을 가질 수 있다. 다시 말해, S310 내지 S330 단계는 실행될 때마다, 제1픽셀값을 갖는 패턴이 랜덤하게 선택되기 때문에, 각각의 세트(1010, 1020) 내에서 복수의 픽셀 내에서 제1픽셀값을 갖는 픽셀들의 위치가 상이할 수 있다. 이러한 각각의 세트(1010, 1020)의 픽셀들이 차례로 적층됨으로써 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들(1100)이 마련될 수 있다.
도 9를 참조하면, S920 단계 이후에는, 상기 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들의 정보를 갖는 데이터를 저장하는 단계(S930)가 진행될 수 있다. 이후에는, 상기 저장된 데이터를 3D 프린터에 입력하여 메타물질을 생성하는 단계(S940)가 진행될 수 있다.
여기서, 3D 프린터란, 입력한 데이터를 바탕으로 3차원의 입체 물품을 만들어 내는 기계를 의미할 수 있다.
S940 단계는 상기 3D 프린터에 메타물질을 이루는 제1 및 제2물질이 주입되는 단계를 포함할 수 있다.
S940 단계가 완료되면, 본 발명과 관련된 메타물질을 이루는 제1 및 제2물질이 각각 제1 및 제2픽셀값을 갖는 픽셀이 형성되는 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 설계 방법를 기반으로 삼차원 메타물질이 생성될 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 설계방법에 따라 설계된 메타물질의 유전율을 free-space 유전율 측정방식을 통해 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 도 2에 관해 전술한 바 있듯이, 제1 및 제2물질의 유전율이 각각 2.95, 1인 경우 상기 제1 및 제2물질의 부피비를 조절하여 1∼2.95 사이의 비유전율을 갖는 메타물질을 만들 수 있다.
도 11에 표시된 각각의 수직 막대는, 좌측부터 차례로 제1 및 제2물질의 부피비가 0.208, 0.312 및 0.52인 경우 측정된 메타물질의 유전율을 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 수직 막대가 표시한 범위는 측정된 유전율의 표준편차를 의미하며, 중간점은 평균을 의미한다. 측정은 혼 안테나의 각도를 바꿔가며 측정하였기 때문에 표준편차가 적을수록 전자기파 편파에 덜 의존적임을 나타낸다. 한편, 측정된 메타물질의 유전율은 세 가지의 모델(Maxwell-Garnett, Polder-van Santen 및 Coherent Potential)에 따른 메타물질의 이론적인 등가 유전율의 범위 내에 놓임을 확인할 수 있다.
도 12는 도 11의 결과를 X-밴드 주파수에 관하여 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 설계방법에 따라 설계된 메타물질의 유전율의 주파수를 변화시켜가면서 측정한 결과로서, 상기 유전율이 주파수에 관하여 거의 일정하고, 편파에 의존적이지 않은 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
한편, 그래프에 나타난 박스는 메타물질의 이론적인 등가 유전율의 범위를 의미하는 것으로, 측정된 메타물질의 유전율이 상기 이론적인 등가 유전율의 범위 내에 놓임을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 설계방법에 의하여 설계된 메타물질은, 종래에 알려진 drilled-hole과 fishnet 구조와 비교할 때 향상된 편파 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 제1 및 제2물질이 혼합되어 형성되는 메타물질의 설계방법에 있어서,
    이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들 중 특정 픽셀을 시작점으로 한 경로를 랜덤하게 생성하는 경로생성단계;
    상기 복수의 픽셀 중 상기 경로에 대응되는 픽셀들에는 제1픽셀값을 부여하고, 나머지 픽셀들에는 제2픽셀값을 부여하는 픽셀값부여단계; 및
    상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수가 되도록, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환하거나, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환하는 픽셀값변환단계를 포함하며,
    상기 제1 및 제2픽셀값을 갖는 픽셀은 각각 상기 제1 및 제2물질이 형성되는 영역에 대응되는 것을 특징으로 하는 메타물질의 설계방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀들 전체가 서로 연결되도록, 상기 복수의 픽셀들의 픽셀값을 조정하는 픽셀값조정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질의 설계방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 개수는,
    상기 복수의 픽셀들의 개수와, 제1 및 제2물질의 기설정된 부피비에 근거하여 기설정되는 것을 특징으로 하는 메타물질의 설계방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2물질의 기설정된 부피비는, 상기 제1 및 제2물질의 유전율과, 상기 메타물질의 기설정된 등가 유전율에 근거하여 기설정되는 것을 특징으로 하는 메타물질의 설계방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경로생성단계, 픽셀값부여단계 및 픽셀값변환단계가 실행되어 마련된 상기 이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들을 하나의 세트로 준비하는 단계; 및
    상기 경로생성단계, 픽셀값부여단계 및 픽셀값변환단계가 반복 실행되어 마련된 복수의 세트가 적층되어 형성된 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들을 준비하는 단계를 더 포함하는 메타물질의 설계방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 삼차원 입체 형태의 복수의 픽셀들의 정보를 갖는 데이터를 저장하는 단계; 및
    상기 저장된 데이터를 3D 프린터에 입력하여 메타물질을 생성하는 단계를 포함하는 메타물질의 설계방법.
  7. 제1 및 제2물질이 혼합되어 형성되는 메타물질에 있어서,
    상기 제1 및 제2물질을 포함하고,
    상기 제1 및 제2물질의 배열 패턴은,
    이차원 평면 형태로 배열된 복수의 픽셀들 중 특정 픽셀을 시작점으로 한 경로를 랜덤하게 생성하는 경로생성단계;
    상기 복수의 픽셀 중 상기 경로에 대응되는 픽셀들에는 제1픽셀값을 부여하고, 나머지 픽셀들에는 제2픽셀값을 부여하는 픽셀값부여단계; 및
    상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀의 현재 개수가 기설정된 개수가 되도록, 상기 제1픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제2픽셀값을 갖도록 변환하거나, 상기 제2픽셀값을 갖는 픽셀 중 일부를 랜덤하게 선택하여 제1픽셀값을 갖도록 변환하는 픽셀값변환단계를 포함하는 설계방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 메타물질.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112140535A (zh) * 2020-07-23 2020-12-29 西安交通大学 一种基于4d打印的可调声学超材料的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014191781A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Asahi Kasei Corp メタ物質の設計方法、メタ物質の構造物、メタ物質の設計システム及びプログラム

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