KR20170052814A - 주파수 가변 메타물질 흡수체 및 이의 제조방법 - Google Patents

주파수 가변 메타물질 흡수체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 가변 메타물질 흡수체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 상부면에 형성되며 임의의 형상을 가지는 도체부 및 상기 도체부 상에 구비되며, 액체 금속이 수용되기 위한 유체채널을 포함하며, 유체채널에 액체 금속을 주입 또는 제거함으로써 동작 주파수 대역을 스위칭할 수 있다.

Description

주파수 가변 메타물질 흡수체 및 이의 제조방법{FREQUENCY TUNABLE METAMATERIAL ABSORBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 주파수 가변 메타물질 흡수체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체채널을 통해 액체 금속을 주입 또는 제거함으로써 흡수 가능한 동작 주파수 대역을 스위칭할 수 있는 흡수체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
메타물질이란 자연에서 일반적으로 찾을 수 없는 특수한 전자기적 특성이 있도록 인공적으로 설계된 물질 또는 전자기적 구조를 의미하는 것으로, 유전율(permittivity)과 투자율(permeability)이 모두 음수인 물질 또는 그러한 전자기적 구조를 의미한다.
이러한 물질 또는 구조는 두 개의 음수 파라미터를 가진다는 의미에서 더블네거티브(double negative; DNG) 물질이라 불리며, 음의 유전율 및 투자율에 의해 음의 반사계수를 가짐에 따라 NRI(Negative Refractive Index) 물질이라고도 불린다.
N. Landy 등은 이러한 메타물질을 처음으로 마이크로파 흡수체에 적용하였으며, 메타물질 흡수체의 장점인 매우 얇고, 높은 흡수율을 가지고, 크기가 작고, 제조가 쉬운 장점으로 인해 많이 연구되고 있다.
그러나, 메타물질 흡수체는 메타물질이 가지는 전기적 자기적 공진 특성으로 인하여 대역폭이 좁은 문제를 가지고 있다.
메타물질 흡수체의 대역폭을 확장시키기 위해, D. Viet, H. Luo, M. Yoo 등에 의해 초광대역 메타물질 흡수체가 제시된 바 있다.
메타물질 흡수체의 대역폭 제한을 해결하기 위해, 여러 주파수 가변 메타물질 흡수체도 제안되고 있다. 메타물질 흡수체의 주파수 가변성은 이미징 및 센서 기술에 적용될 수 있다.
현재 제안되고 있는 대부분의 주파수 가변 메타물질 흡수체는 전기적 가변 부품들이 결합됨으로써 구현되고 있다.
예를 들면, 메타물질 단위 셀 사이에 버랙터(varactor) 다이오드를 장착시키거나, 메타물질 단위 셀에 핀(PIN) 다이오드를 연결하거나, 마이크로 전자 기계 시스템(Microelectromechanical system, MEMS)을 도입하거나, 그래핀 와이어를 적용하거나, 활성 액정을 이용하는 등의 다양한 기술들이 이용하고 있다.
이러한 기술들의 일환으로 본 발명에서는 EGaIn과 같은 액체 금속을 이용함으로써 흡수 가능한 동작 주파수 대역을 스위칭할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
대한민국공개특허 제10-1441795호 "가변 전자파 흡수체 단위 셀 및 이를 구비하는 전자파 흡수체"(2014년 9월 18일 공고)
상기와 같은 방안을 제시하기 위해, 본 발명은 도체부 상에 유체채널을 구비하여 액체 금속을 주입 또는 제거함으로써 동작 주파수 대역을 스위칭할 수 있는 메타물질 흡수체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 상부면에 형성되며 임의의 형상을 가지는 도체부 및 상기 도체부 상에 구비되며, 액체 금속이 수용되기 위한 유체채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 상기 유전체 기판의 하부면에 형성된 평판 도체부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유체채널은 상기 도체부와 전기적 커플링을 형성할 수 있는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유체채널은 상기 도체부에 전기 신호가 인가됨에 따라 전기장이 가장 크게 형성되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 상기 유체채널에 액체 금속을 주입 또는 제거함에 따라 공진 주파수가 스위칭될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 액체 금속은 EGaIn인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 상기 액체 금속을 주입 또는 제거하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 도체부는 복수의 단위 셀로 구성되며, 상기 단위 셀은 소정의 간극을 두고 직선 방향으로 배열된 패턴구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유체채널은 라인 형상을 가지며, 상기 단위 셀과의 상대 위치가 동일하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 상기 유전체 기판의 상부면에 고분자 기판이 적층되고, 상기 유체채널은 상기 고분자 기판의 하부면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단위 셀은 대향하는 두 변에서 T자형 제거부가 형성된 I자 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유체채널은 상기 단위 셀의 양단을 커버하도록 두 라인으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는, EMI용 시트에 포함되며 전자기기에 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법은 유전체 기판의 일면에 임의의 형상을 가진 도체부를 형성하는 단계, 고분자 기판의 일면을 식각하여 액체 금속이 수용되기 위한 유체채널을 형성하는 단계 및 상기 유전체 기판의 일면과 상기 고분자 기판의 일면을 접합하여 메타물질 흡수체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법은 상기 유전체 기판의 타면에 평판 도체부를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 도체부는 상기 유전체 기판의 일면에 프린팅됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 도체부는 상기 도체부는 상기 유전체 기판의 일면을 식각함에 따라 타면에 형성된 상기 평판 도체부가 노출됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유체채널에 액체 금속 주입 여부에 따라 공진 주파수를 스위칭할 수 있으며, 액체 금속 주입 여부와 관계없이 우수한 흡수율을 유지할 수 있다.
또한, 액체 금속으로 EGaIn을 사용함에 따라 안정성이 뛰어난 이점이 있다.
또한, 펌프를 이용하여 유체채널에 액체 금속을 주입하거나 제거함으로써 메타물질 흡수체의 흡수 주파수를 간단하게 스위칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 상부 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체채널이 비어 있는 메타물질 흡수체의 정규화 복소 임피던스를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체채널이 액체 금속으로 채워진 메타물질 흡수체의 정규화 복소 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 4a, 4b 및 4c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체에서 유체채널이 비어있을 때 10.96 GHz에서의 전기장 분포, 벡터 전류 밀도 및 볼륨 손실 밀도를 나타낸 도면이다.
도 5a, 5b 및 5c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체에서 유체채널에 액체 금속이 주입되었을 때 10.61 GHz에서의 전기장 분포, 벡터 전류 밀도 및 볼륨 손실 밀도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 흡수율을 측정 및 시뮬레이션한 결과를 비교하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 흡수율을 측정하는 방법을 나타내기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법을 나타내기 위한 분해 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 메타물질 흡수체를 나타낸 사진이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 메타물질 흡수체의 확대 사진이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 상부 구조를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체(100)는 유전체 기판(110), 도체부(120), 및 유체채널(140) 등을 포함할 수 있다.
유전체 기판(110)은 에폭시(epoxy), 듀로이드(Duroid), 테프론(Teflon), 베이크라이트, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, LTCC, 에어폼 등을 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 재료로 제조될 수 있으며, 도체부(120)나 후술할 평판 도체부(160)가 외부의 환경으로부터 절연되도록 한다.
유전체 기판(110)은 높이 대비 가로(r) 및 세로(s)의 길이가 긴 플레이트 형상을 가지는 것이 바람직하나, 기판의 형상과 크기는 이에 한정되지 않으며, 원기둥, 정사각기둥, 다각기둥 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도체부(120)는 유전체 기판(110)의 상부면에 형성되며, 임의의 형상을 가질 수 있고, 구리나 은 성분 등으로 이루어진 전도성 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
도체부(120)는 화학적 에칭을 통해 식각하거나 전도성 잉크를 이용하여 유전체 기판(110) 상에 프린팅하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전도성 잉크는 은(Ag) 등의 전도성 물질을 포함하는 잉크로 제작될 수 있다.
유전체 기판(110)의 하부면에는 평판 도체부(160)가 형성될 수 있으며, 상기 도체부(120)와 달리 유전체 기판(110)의 하부면 전체를 커버하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 평판 도체부(160)는 상기 도체부(120)와 마찬가지로 구리나 은 성분 등으로 이루어진 전도성 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
도체부(120)는 복수의 단위 셀(121)로 구성될 수 있으며, 상기 단위 셀(121)이 소정의 간극을 두고 직선 방향으로 배열된 패턴구조를 형성할 수 있다. 도체부(120)에 급전부가 연결되어 전기 신호가 인가될 수 있다.
단위 셀(121)은 대향하는 두 변에서 T자형 제거부(130)가 형성된 I자 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 T자형 제거부(130)는, 대향하는 두 변에서 소정 너비와 높이를 가지고 제거됨으로써 형성되는 제1 제거부(131)와, 상기 제1 제거부(131)의 너비보다 큰 너비와 더 작은 높이를 가지고 제거됨으로써 형성되는 제2 제거부(132)를 포함할 수 있다.
도면상에서 상기 단위 셀(121)의 너비는 m, 높이는 j로 도시되어 있으며, 제1 제거부(131)의 너비는 h, 높이는 f, 제2 제거부(132)의 너비는 n, 높이는 g로 도시되어 있다.
유체채널(140)은 상기 도체부(120) 상에 구비되며, 액체 금속이 수용되기 위한 미세 채널 공간을 제공할 수 있다.
도면상에서 유체채널(140)의 너비는 e로 도시되어 있으며, 길이 대비 너비가 작은 미세유로를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 유체채널(140)은 상기 도체부(120)와 전기적 커플링을 형성할 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 유체채널(140)에 액체 금속이 주입되거나 제거됨에 따라 공진 주파수가 스위칭될 수 있다.
공진 주파수의 원활한 스위칭을 위해, 상기 유체채널(140)은 상기 도체부(120)에 전기 신호가 인가됨에 따라 발생되는 전기장이 가장 크게 형성되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 상기 액체 금속으로서 EGaIn(Eutectic Gallium-Indium, 공융 갈륨-인듐)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
EGaIn은 어는 점이 15.5도로 실온에서는 액체 금속이며, 얇은 산화막이 자발적으로 발생하여 유해하며 불안정한 구조를 가지는 수은과 비교하여 안정성이 뛰어난 이점이 있다. 상기 산화막은 시간이 지나도 더 두꺼워지지 않으므로 EGaIn이 유체채널(140)에 주입되면 오랜 시간 동안 성능을 유지할 수 있다.
또한, 상기 EGaIn은 낮은 점성을 가지는 물질이며 실온에서 압력을 가함으로써 상기 유체채널(140)에 급속히 주입 가능한 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 유체채널(140)은 액체 금속을 주입하기 위한 주입구와, 배출하여 제거하기 위한 배출구를 포함할 수 있으며, 이러한 액체 금속을 주입 또는 제거하기 위해 압력을 가하기 위한 펌프가 추가로 장착될 수 있다.
이때, 유체채널(140)은 라인 형상을 가질 수 있으며, 단위 셀(121)과의 상대 위치가 동일하도록 배치될 수 있다. 상기 유체채널(140)이 라인 형상을 가지는 경우에는 주입구와 배출구가 각각 유체채널(140)의 양단에 홀 형상으로 형성될 수 있다.
도체부(120)는 단위 셀(121)이 소정의 간극을 두고 직선 방향으로 배열된 패턴구조로 형성되며, 라인 형상을 가진 유체채널(140)이 패턴구조를 형성하고 있는 단위 셀(121)의 배열 방향과 동일한 방향으로 배치됨에 따라 하나의 유체채널(140)로 복수의 단위 셀(121)과 동시에 전기적 결합을 형성할 수 있다.
단위 셀(121)이 대향하는 두 대향하는 두 변에서 T자형 제거부(130)가 형성된 I자 형상을 가지는 경우, 후술할 실시예를 통해 알 수 있듯이, I자 형상의 단위 셀(121) 양단에 전기장이 강하게 형성되는바, 상기 유체채널(140)은 상기 도체부(120)와 전기적 커플링을 형성하기 위해 상기 단위 셀(121)의 양단을 커버하도록 두 라인으로 배치되는 것이 바람직하다.
유체채널(140)의 배치는 다양한 방법이나 구조를 통해 시도될 수 있으며, 본 발명에서는 일례로서 상기 유전체 기판(110)의 상부면에 고분자 기판(150)이 적층되고, 상기 유체채널(140)은 상기 고분자 기판(150)의 하부면에 형성됨으로써 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고분자 기판(150)은 바람직하게 PMMA(poly(methyl methacrylate)로 제조될 수 있으며, 고분자 기판(150)과 유전체 기판(110)을 접착시키기 위해 그 사이에 접착층이 삽입될 수 있다.
일반적으로 흡수체의 완전 흡수는 반사 및 투과 계수가 제로일 때 구현될 수 있으며, 반사계수는 하기 수식 1에 의해 나타낼 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서, εo는 자유 공간에서의 유전율(permittivity), μo는 자유 공간에서의 투자율(permeability)을 나타낸다.
제로 반사는 메타물질 임피던스(ZM)와 자유 공간 임피던스(ZO)의 임피던스 매칭에 의해 달성될 수 있다. ZM은 메타물질의 실효 투자율과 실효 유전율을 조절함에 따라 ZO와 매칭될 수 있다. 더욱이, 높은 흡수를 위해, 전송되는 전자기파는 기판 두께에 의해 조절될 수 있는 유전 손실에 의해 손실되어야 한다.
상기 메타물질 흡수체의 복소 임피던스는 자유 공간의 임피던스에 정규화될 수 있다. 상기 메타물질 흡수체의 정규화 복소 임피던스는 S파라미터에 의해 구해질 수 있으며, 하기 수식 2로 나타낼 수 있다.
[수식 2]
Figure pat00002
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체채널이 비어 있는 메타물질 흡수체의 정규화 복소 임피던스를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체채널이 액체 금속으로 채워진 메타물질 흡수체의 정규화 복소 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 주파수가 10.96 GHz일 때 실수부는 1에 근접하고 허수부는 대략 0임을 알 수 있다. 이를 통해, 유체채널이 비어 있는 메타물질 흡수체의 흡수 주파수는 10.96 GHz임을 알 수 있다.
도 3b를 참조하면, 주파수가 10.61 GHz일 때 실수부는 1에 근접하고 허수부는 0에 근접함을 알 수 있다. 이를 통해, 유체채널이 액체 금속으로 채워진 메타물질 흡수체의 흡수 주파수는 10.61 GHz임을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체는 하부면에 평판 도체부가 형성되어 있기 때문에 투과 계수는 0이다.
위 결과로부터, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체는 유체채널이 비어 있는 경우 10.96 GHz에서 높은 흡수율을 나타내며, 유체채널이 액체 금속으로 채워진 경우 10.61 GHz에서 높은 흡수율을 나타냄을 알 수 있다.
즉, 진공 펌프 등을 이용하여 유체채널에 액체 금속을 간단히 주입하거나 제거함으로써 메타물질 흡수체의 흡수 주파수를 간단하게 스위칭할 수 있다.
위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체는 전자파 차단을 위해 전자기기에 적용되는 EMI용 시트에 포함되어 이용될 수 있다.
도 4a, 4b 및 4c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체에서 유체채널이 비어있을 때 10.96 GHz에서의 전기장 분포, 벡터 전류 밀도 및 볼륨 손실 밀도를 나타낸 도면이다.
도 5a, 5b 및 5c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체에서 유체채널에 액체 금속이 주입되었을 때 10.61 GHz에서의 전기장 분포, 벡터 전류 밀도 및 볼륨 손실 밀도를 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 5a를 참조하여 설명하면, 유체채널은 전기장이 강하게 집중된 지역인 단위 셀의 양단에 배치되며, 이에 따라 유체채널과 도체부 사이에 강한 전기적 커플링이 형성됨을 알 수 있다.
도 4b 및 도 5b를 참조하여 설명하면, 유전체 기판의 상부면과 하부면의 벡터 전류밀도로부터 자기 공명이 관측되며, 서로 역평행(anti-parallel)임을 알 수 있다. 역평행인 전류는 고리 전류와 같은 자기 쌍극자를 형성하며, 상기 자기 쌍극자의 방향은 자계 분극을 따라 형성되며, 이를 통해 자기 에너지를 강하게 트랩할 수 있다.
도 4c 및 도 5c를 참조하여 설명하면, 메타물질의 높은 손실에 의해 투과가 최소화됨을 알 수 있으며, 메타물질의 전체 손실은 유전체 기판의 두께를 크게 함으로써 증가시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 흡수율을 측정 및 시뮬레이션한 결과를 비교하기 위한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 흡수율을 측정하는 방법을 나타내기 위한 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면 시뮬레이션을 위해 상업 소프트웨어인 ANSYS 고주파 구조 시뮬레이터(HFSS)를 사용하였으며, 측정 결과와 시뮬레이션 결과가 대체적으로 일치함을 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 흡수율을 시험하기 위해 도파관을 사용하였다. 구체적으로, 내부에 소정 크기의 공간이 형성된 상부 도파관(200)과 하부 도파관(210)을 각각 메타물질 흡수체의 상부와 하부에 결합시켰다.
유체채널(140)의 양단에는 액체 금속을 주입하기 위해 주입구와 배출구 기능을 수행하는 유체용 홀(141)이 형성되어 있으며, 액체 금속 주입을 위해 메타물질 흡수체의 길이가 도파관의 길이보다 크도록 설계하였다.
구체적으로, 메타물질 흡수체의 길이(a)는 64mm, 너비(b)는 16mm, 유체채널(140)의 길이(c)는 53mm, 도파관의 길이(x)는 41.5mm, 너비(y)는 41.5mm로 제조하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법을 나타내기 위한 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 흡수체를 제조하기 위해 먼저 FR4기판과 같은 유전체 기판(110)의 일면에 임의의 형상을 가진 도체부(120)를 형성한다. 이때, 유전체 기판(110)의 타면에 평판 도체부(160)를 접합시킬 수 있다.
패턴구조를 가진 도체부(120)는 유전체 기판(110)의 일면에 프린팅됨으로써 형성되거나, 화학적 에칭에 의한 식각을 통해 타면에 형성된 평판 도체부(160)가 노출됨으로써 형성될 수 있다.
그 다음, 고분자 기판(150)의 일면을 식각하여 액체 금속이 수용되기 위한 유체채널(140)을 형성할 수 있다. 상기 고분자 기판(150)에는 PMMA 기판이 이용될 수 있으며, 식각을 위해서 CNC(Computer Numerical Control) 각인기와 같은 식각 장치(310)가 사용될 수 있다.
그 후, 상기 유전체 기판(110)의 일면과 상기 고분자 기판(150)의 일면을 접합하여 메타물질 흡수체를 제조할 수 있다. 접합을 위해 상기 유전체 기판(110)과 상기 고분자 기판(150)의 사이에 접합 필름(300)을 삽입할 수 있다.
유체채널(140)에 액체 금속을 주입하기 위해 고분자 기판(150)에 주입구 및 배출구 역할을 하는 유체용 홀(141)을 제조할 수 있으며, EGaIn과 같은 액체 금속은 진공 펌프나 주사기와 같은 펌프 장치를 통해 유체채널(140)에 주입 가능하다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 메타물질 흡수체를 나타낸 사진이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 제조된 메타물질 흡수체의 확대 사진이다.
도시된 바와 같이, 주입구 및 배출구 역할을 하는 유체용 홀에 유체를 공급하기 위한 유체공급 펌프(320)와 유체를 배출하여 제거하기 위한 유체배출 펌프(330)가 장착될 수 있다.
위와 같이 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 흡수체는 유체채널에 액체 금속 주입 여부에 따라 공진 주파수를 스위칭할 수 있으며, 액체 금속 주입 여부와 관계없이 98% 이상의 흡수율을 유지하였다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 메타물질 흡수체
110: 유전체 기판
120: 도체부
121: 단위 셀
130: T자형 제거부
131: 제1 제거부
132: 제2 제거부
140: 유체채널
141: 유체용 홀
150: 고분자 기판
160: 평판 도체부
200: 상부 도파관
210: 하부 도파관
300: 접합 필름
310: 식각 장치
320: 유체공급 펌프
330: 유체배출 펌프

Claims (17)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상부면에 형성되며 임의의 형상을 가지는 도체부; 및
    상기 도체부 상에 구비되며, 액체 금속이 수용되기 위한 유체채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 하부면에 형성된 평판 도체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체채널은 상기 도체부와 전기적 커플링을 형성할 수 있는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유체채널은 상기 도체부에 전기 신호가 인가됨에 따라 전기장이 가장 크게 형성되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유체채널에 액체 금속을 주입 또는 제거함에 따라 공진 주파수가 스위칭될 수 있는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액체 금속은 EGaIn인 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 액체 금속을 주입 또는 제거하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 도체부는 복수의 단위 셀로 구성되며,
    상기 단위 셀은 소정의 간극을 두고 직선 방향으로 배열된 패턴구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유체채널은 라인 형상을 가지며, 상기 단위 셀과의 상대 위치가 동일하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 상부면에 고분자 기판이 적층되고,
    상기 유체채널은 상기 고분자 기판의 하부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 단위 셀은 대향하는 두 변에서 T자형 제거부가 형성된 I자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유체채널은 상기 단위 셀의 양단을 커버하도록 두 라인으로 배치되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 흡수체를 포함하여 구성되며 전자기기에 적용되는 것을 특징으로 하는 EMI용 시트.
  14. 유전체 기판의 일면에 임의의 형상을 가진 도체부를 형성하는 단계;
    고분자 기판의 일면을 식각하여 액체 금속이 수용되기 위한 유체채널을 형성하는 단계; 및
    상기 유전체 기판의 일면과 상기 고분자 기판의 일면을 접합하여 메타물질 흡수체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 타면에 평판 도체부를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 도체부는 상기 유전체 기판의 일면에 프린팅됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 도체부는 상기 유전체 기판의 일면을 식각함에 따라 타면에 형성된 상기 평판 도체부가 노출됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 메타물질 흡수체의 제조방법.
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