專利名稱：一種基于超材料的漫反射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漫反射裝置，尤其涉及一種基于超材料的漫反射裝置。
背景技術(shù)：
漫反射是指電磁波被粗糙表面無規(guī)則地向各個方向反射的現(xiàn)象。很多物體，如植物、墻壁、衣服等，其表面粗看起來似乎是平滑，但用放大鏡仔細(xì)觀察，就會看到其表面是凹凸不平的，所以本來是平行的太陽光被這些表面反射后，就彌漫地射向不同方向。但對于波長較長的電磁波采用上述材料很難使其發(fā)生漫反射，需要改變材料的物理外形使其表面形成較大的鋸齒狀才能實(shí)現(xiàn)波長較長的電磁波的漫反射，對材料的表面形狀和厚度有較大限制。超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合 材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通的超常材料功能.目前常規(guī)的超材料主要是通過在基材上周期排列不同的人造金屬微結(jié)構(gòu)從而達(dá)到改變超材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的目的。然而想要改變超材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，在超材料基材上排列人造金屬微結(jié)構(gòu)并不是唯一的辦法，且在超材料基材上排列人造金屬微結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提出一種工藝簡單、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)的基于超材料的漫反射裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提供一種基于超材料的漫反射裝置，其包括超材料和設(shè)置于該超材料一側(cè)中上的反射層，該超材料由多個立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維方向疊加而成，該立方體結(jié)構(gòu)單元包括基材以及在基材中形成的一個或多個小孔，每個立方體結(jié)構(gòu)單元的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨機(jī)分布。該基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積呈隨機(jī)分布。該立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長的五分之一。每個該立方體結(jié)構(gòu)單元基材中上形成的小孔數(shù)量相同或不同。該些小孔內(nèi)填充有折射率相同或不同的介質(zhì)。該些小孔內(nèi)填充有空氣。該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積均相同且該些小孔內(nèi)填充有折射率隨機(jī)分布的介質(zhì)。該反射面由金屬材料制成。該些小孔為貫通該立方體結(jié)構(gòu)單元。本發(fā)明采用打孔方式來改變超材料各點(diǎn)的電磁參數(shù)使得超材料整體的電磁場數(shù)呈隨機(jī)分布，電磁波經(jīng)過超材料后被反射層反射并再次經(jīng)過該超材料而形成漫反射，具有工藝簡單、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)的有益效果。


圖I為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例第一實(shí)施方式立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例第一實(shí)施方式中構(gòu)成超材料的立方體結(jié)構(gòu)單元立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I所示的立體結(jié)構(gòu)示意圖的主視圖；圖4為圖I所示的立體結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例第二實(shí)施方式的主視圖；圖6為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第二較佳實(shí)施例的主視圖。
具體實(shí)施例方式超材料整體可看成多個立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維X-Y-Z方向疊加而成。由于超材料自身需對電磁波產(chǎn)生影響，因此要求立體結(jié)構(gòu)單元的尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長的五分之一。優(yōu)選地，每一立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸均相等且均為所需響應(yīng)的電磁波波長的十分之
o超材料對電磁場的響應(yīng)主要取決于各個立方體結(jié)構(gòu)單元對電磁場的響應(yīng)，當(dāng)立方體結(jié)構(gòu)單元數(shù)量足夠多時，每個立方體結(jié)構(gòu)單元對電磁場的響應(yīng)將會疊加從而從宏觀上改變?nèi)肷潆姶挪ǖ母鱾€物理特性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，當(dāng)一束電磁波由一種介質(zhì)傳播到另外一種介質(zhì)時，電磁波會發(fā)生折射，當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部的折射率分布非均勻時，電磁波就會向折射率比較大的位置偏折，電磁波的折射率與成正比關(guān)系，因而通過改變介電常數(shù)e和/或磁導(dǎo)率y在材料中的分布，就可達(dá)到改變電磁波的傳播路徑的目的。本發(fā)明同時還在超材料一側(cè)設(shè)置有反射面，電磁波經(jīng)過超材料被折射改變傳播方向以后再被反射面反射，被反射的電磁波再次經(jīng)過超材料并再次被折射而被改變傳播方向使得本發(fā)明具有漫反射的技術(shù)效果。請參照圖I、圖2、圖3、圖4。圖I為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例立體結(jié)構(gòu)示意圖、圖2為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例中構(gòu)成超材料的立方體結(jié)構(gòu)單元示意圖、圖3為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例主視圖、圖4為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例側(cè)視圖。如圖I至圖4所示，本發(fā)明漫反射裝置包括超材料10和設(shè)置于超材料10 —側(cè)表面上的反射層20。反射層20是具有良好電磁波反射特性的反射面，比如金屬反射面等。
超材料10由多個立方體結(jié)構(gòu)單元100沿三維X-Y-Z方向疊加而成，每一立方體結(jié)構(gòu)單元100包括基材120以及在基材120上形成的一個小孔110。本實(shí)施例中，小孔110的體積是隨機(jī)分布的，由于空腔中自然會填滿空氣介質(zhì)，不同數(shù)量的空氣介質(zhì)將對立方體結(jié)構(gòu)單元100產(chǎn)生不同的電磁響應(yīng)，因此隨機(jī)分布的小孔110體積使得超材料10整體電磁參數(shù)也呈隨機(jī)分布狀態(tài)。改變該一個小孔110的體積可通過改變其深度、橫截面圖案或尺寸來實(shí)現(xiàn)。
為了進(jìn)一步加強(qiáng)立方體結(jié)構(gòu)單元100對電磁波的響應(yīng)可以通過在空腔中填入相同的對電磁響應(yīng)敏感的各類介質(zhì)，其可為陶瓷、高分子材料、鐵電材料或鐵氧材料等。同時為了使得超材料10電磁參數(shù)分布更為混雜，亦可在體積不同的小孔110中填充折射率不同的各類介質(zhì)如碘晶體、氧化銅、水晶、石英、聚苯乙烯、氯化鈉、玻璃、空氣等。使得小孔110體積呈隨機(jī)分布狀態(tài)具有多種實(shí)施方式。圖I至圖4即為第一種實(shí)施方式。其在立方體結(jié)構(gòu)單元上僅形成有一個小孔110，但小孔110的深度、橫截面圖案或尺寸均不同。這使得大規(guī)模生產(chǎn)時，打孔工藝參數(shù)和打孔模具多樣化，增加了工藝的復(fù)雜度同時也增加了產(chǎn)品的誤差率。圖5為改變小孔110占立方體結(jié)構(gòu)單元100體積的第二實(shí)施方式主視圖。立方體單元基材中上形成有多個小孔110，各個小孔110的橫截面圖案、尺寸和深度都是一樣的，但小孔110的數(shù)量是隨機(jī)分布的。采用改變小孔110數(shù)量的方法來改變其所占立方體結(jié)構(gòu)的體積使得超材料整體折射率更易于調(diào)節(jié)，并能節(jié)省打孔模具的開模費(fèi)用。與第一實(shí)施方式相同的是，所有該些小孔110中均可填充折射率相同的介質(zhì)，或者為了使得超材料電磁 參數(shù)分布更為混雜，在該些小孔110內(nèi)隨機(jī)填充折射率不同的各類介質(zhì)。本發(fā)明第一實(shí)施例的第二實(shí)施方式雖然解決了第一實(shí)施方式中打孔工藝參數(shù)和打孔模具多樣化的問題，但是由于本發(fā)明對立方體結(jié)構(gòu)單元100的大小要求十分嚴(yán)格，采用改變數(shù)量的方式導(dǎo)致每一單個小孔110將會變的十分微小，無疑增大了工藝難度。圖6為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例主視圖。本實(shí)施例中，立方體結(jié)構(gòu)單元100基材中的小孔110體積所占立方體單元體積的比值相同，且小孔110數(shù)量為單個、橫截面圖案、尺寸 均相同，且本實(shí)施例中小孔Iio尺寸大于第一實(shí)施例第二實(shí)施方式中小孔110的尺寸。本實(shí)施例中，各小孔110內(nèi)填充有折射率隨機(jī)分布的各類介質(zhì)，例如碘晶體、氧化銅、水晶、石英、聚苯乙烯、氯化鈉、玻璃、空氣等。圖6中，小孔110中的陰影表示填充的介質(zhì)，陰影密度越大表示該填充介質(zhì)的折射率越大。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于超材料的漫反射裝置，其特征在于包括超材料和設(shè)置于該超材料一側(cè)中上的反射層，該超材料由多個立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維方向疊加而成，該立方體結(jié)構(gòu)單元包括基材以及在基材中形成的一個或多個小孔，每個立方體結(jié)構(gòu)單元的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨機(jī)分布。
2.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
3.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積呈隨機(jī)分布。
4.如權(quán)利要求3所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長的五分之一。
5.如權(quán)利要求3所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于每個該立方體結(jié)構(gòu)單元基材中上形成的小孔數(shù)量相同或不同。
6.如權(quán)利要求3所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔內(nèi)填充有折射率相同或不同的介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔內(nèi)填充有空氣。
8.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積均相同且該些小孔內(nèi)填充有折射率隨機(jī)分布的介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該反射面由金屬材料制成。
10.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔為貫通該立方體結(jié)構(gòu)單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超材料的漫反射裝置，其包括超材料和設(shè)置于該超材料一側(cè)中上的反射層，該超材料由多個立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維方向疊加而成，該立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸小于電磁波波長的五分之一且包括基材以及在基材中形成的一個或多個小孔，每個立方體結(jié)構(gòu)單元的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨機(jī)分布。本發(fā)明采用打孔方式來改變超材料各點(diǎn)的電磁參數(shù)使得超材料整體的電磁場數(shù)呈隨機(jī)分布，電磁波經(jīng)過超材料后被反射層反射并再次經(jīng)過該超材料而形成漫反射，具有工藝簡單、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)的有益效果。
文檔編號H01Q15/00GK102760956SQ201110111718
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 徐冠雄 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院