專利名稱：一種寬頻吸波超材料及吸波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸波材料，尤其涉及一種寬頻吸波超材料及吸波裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，以電磁波為媒介的各種技術(shù)和產(chǎn)品越來越多，電磁波輻射對環(huán)境的影響也日益增大。比如，無線電波可能對機(jī)場環(huán)境造成干擾，導(dǎo)致飛機(jī)航班無法正常起飛；移動電話可能會干擾各種精密電子醫(yī)療器械的工作；即使是普通的計算機(jī)，也會輻射攜帶信息的電磁波，它可能在幾公里以外被接收和重現(xiàn)，造成國防、政治、經(jīng) 濟(jì)、科技等方面情報的泄漏。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料一一吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。現(xiàn)有的吸波材料利用各個材料自身對電磁波的吸收性能，通過設(shè)計不同材料的組分使得混合后的材料具備吸波特性，此類材料設(shè)計復(fù)雜且不具有大規(guī)模推廣性，同時此類材料的機(jī)械性能受限于材料本身的機(jī)械性能，不能滿足特殊場合的需求。同時此類吸波材料吸波頻點單一，不能滿足寬頻吸波效果。

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)的上述不足，提出一種吸波頻率較寬的寬頻吸波超材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提出一種寬頻吸波超材料，其包括沿電磁波傳播方向依次設(shè)置的電阻層、第一基材、陣列排布的多個第一人造微結(jié)構(gòu)、第二基材、陣列排布的多個第二人造微結(jié)構(gòu)以及第三基材；所述電阻層貼附于第一基材外表面，多個第一人造微結(jié)構(gòu)陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上，多個第二人造微結(jié)構(gòu)陣列排布于所述第二基材與第三基材相對表面的任一表面上，所述電阻層與所述第三基材底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。進(jìn)一步地，所述電阻層與所述第一人造微結(jié)構(gòu)的垂直距離為所述寬頻吸波材料的第二吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。進(jìn)一步地，所述電阻層與所述第二人造微結(jié)構(gòu)的垂直距離為所述寬頻吸波材料的第三吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。進(jìn)一步地，所述電阻層電阻值為500至1000歐姆。進(jìn)一步地，所述第一人造微結(jié)構(gòu)為具有第一線寬的金屬環(huán)形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述第二人造微結(jié)構(gòu)包括同心且等間距設(shè)置的四個環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中最里層的兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)為封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，最外層的兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)上均勻排布有四個缺口。進(jìn)一步地，所述第二人造微結(jié)構(gòu)的四個環(huán)形結(jié)構(gòu)具有相同的第二線寬，且第二線寬小于第一線寬。進(jìn)一步地，所述第一基材材料、第二基材材料以及第三基材材料為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或F4B材料。進(jìn)一步地，所述電阻屏通過將導(dǎo)電油墨均勻涂覆于電阻屏板材上構(gòu)成。本發(fā)明還提供一種吸波裝置，其包括金屬外殼，所述金屬外殼表面貼附有所述寬頻吸波超材料。本發(fā)明將超材料原理與電阻屏吸波原理結(jié)合起來設(shè)計寬頻吸波超材料，通過多層基材設(shè)置達(dá)到寬頻吸波效果。


圖I為構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明寬頻吸波超材料的剖視圖； 圖3為本發(fā)明寬頻吸波超材料中陣列排布的第一人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明寬頻吸波超材料中陣列排布的第二人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明吸波裝置的剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠(yuǎn)大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數(shù)，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細(xì)節(jié)參數(shù)來描述玻璃對光線的響應(yīng)。相應(yīng)的，在研究材料對其他電磁波響應(yīng)的時候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長的結(jié)構(gòu)對電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù),例如介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來描述。通過設(shè)計材料每點的結(jié)構(gòu)使得材料各點的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同，從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、吸收電磁波等。該類具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料稱之為超材料。如圖I所示，圖I為構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。超材料的基本單元包括人造微結(jié)構(gòu)I以及該人造微結(jié)構(gòu)附著的基材2。人造微結(jié)構(gòu)可為人造金屬微結(jié)構(gòu)，其具有對入射電磁波電場和/或磁場產(chǎn)生響應(yīng)的平面或立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改變每個超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)的圖案和/或尺寸，可改變每個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)。多個超材料基本單元按一定規(guī)律排列，可使超材料對電磁波具有宏觀的響應(yīng)。由于超材料整體需對入射電磁波有宏觀電磁響應(yīng)，因此各個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)需形成連續(xù)響應(yīng)，這要求每一超材料基本單元的尺寸小于入射電磁波五分之一波長，優(yōu)選為入射電磁波十分之一波長。本段描述中，將超材料整體劃分為多個超材料基本單元是一種人為的劃分方法，但應(yīng)知此種劃分方法僅為描述方便，超材料既可由多個超材料基本單元拼接或組裝而成，也可將人造金屬微結(jié)構(gòu)周期排布于基材上構(gòu)成，工藝簡單且成本低廉。周期排布即指上述人為劃分的各個超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)能對入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應(yīng)。本發(fā)明利用上述超材料原理在多塊基材表面排布人造微結(jié)構(gòu)，并在最靠近電磁波入射方向的基材外表面貼附電阻屏以形成salisbury屏，結(jié)合salisbury屏和超材料以達(dá)到寬頻吸波效果。
請參照圖2，圖2為本發(fā)明寬頻吸波超材料的剖視圖。圖2中，本發(fā)明寬頻吸波超材料包括沿電磁波傳播方向依次設(shè)置的電阻層10、第一基材20、陣列排布的多個第一人造微結(jié)構(gòu)30、第二基材40、陣列排布的多個第二人造微結(jié)構(gòu)50以及第三基材60。電阻層10貼附于第一基材20外表面，多個第一人造微結(jié)構(gòu)30陣列排布于所述第一基材20與第二基材40相對表面的任一表面上,多個第二人造微結(jié)構(gòu)50陣列排布于所述第二基材40與第三基材60相對表面的任一表面上。陣列排布的多個第一人造微結(jié)構(gòu)30的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。由圖3可知，第一人造微結(jié)構(gòu)30為金屬環(huán)形結(jié)構(gòu)，其具有第一線寬。陣列排布的多個第二人造微結(jié)構(gòu)50的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。由圖4可知，第二人造微結(jié)構(gòu)50包括同心且等間距設(shè)置的4個環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中最里層的2個環(huán)形結(jié)構(gòu)為封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，最外層的2個環(huán)形結(jié)構(gòu)上均勻排布有4個缺口 500。本實施例中,第二人造微結(jié)構(gòu)50的4個環(huán)形結(jié)構(gòu)具有相同的第二線寬，且第二線寬小于第一線寬。電阻層10與第三基材60底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點 對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。由于電阻層10與第三基材60底面的垂直距離為一電磁波波長的四分之一，相對該波長對應(yīng)的電磁波頻率，電阻層10構(gòu)成salisbury屏，對該第一頻率的電磁波具有吸波效果。進(jìn)一步地，電阻層10與多個第一人造微結(jié)構(gòu)30的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第二吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。由于電阻層10與第一人造微結(jié)構(gòu)30的垂直距離為另一電磁波波長的四分之一，相對該波長對應(yīng)的電磁波頻率，電阻層10構(gòu)成salisbury屏,對該第二頻率的電磁波具有吸波效果。進(jìn)一步地，電阻層10與多個第二人造微結(jié)構(gòu)50的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第三吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。由于電阻層10與第二人造微結(jié)構(gòu)50的垂直距離為另一電磁波波長的四分之一，相對該波長對應(yīng)的電磁波頻率，電阻層10構(gòu)成salisbury屏,對該第三頻率的電磁波具有吸波效果?？梢酝ㄟ^調(diào)整第一基材20、第二基材40以及第三基材60的厚度從而調(diào)整第一吸波頻率、第二吸波頻率以及第三吸波頻率的頻率，從而實現(xiàn)吸波頻率的可調(diào)。本發(fā)明中，電阻屏優(yōu)選通過導(dǎo)電油墨將均勻涂覆于電阻屏板材上構(gòu)成。通過選取不同型號的導(dǎo)電油墨以使得電阻屏具有不同的電阻值。本發(fā)明中，電阻屏電阻值優(yōu)選為500至1000歐姆。第一基材20、第二基材40以及第三基材60的材料優(yōu)選為吸波性能較好的材料，例如鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料等；為綜合考慮其機(jī)械性能和電氣性能，也可選用FR-4材料、F4B材料等。請參照圖4，圖4為將上述寬頻吸波超材料貼附于一裝置的金屬外殼70表面構(gòu)成吸波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置可以為飛行器、濾波器等各類具有金屬外殼的裝置和電子器件。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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
1.一種寬頻吸波超材料，其特征在于包括沿電磁波傳播方向依次設(shè)置的電阻層、第一基材、陣列排布的多個第一人造微結(jié)構(gòu)、第二基材、陣列排布的多個第二人造微結(jié)構(gòu)以及第三基材；所述電阻層貼附于第一基材外表面，多個第一人造微結(jié)構(gòu)陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上，多個第二人造微結(jié)構(gòu)陣列排布于所述第二基材與第三基材相對表面的任一表面上，所述電阻層與所述第三基材底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。
2.如權(quán)利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻層與所述第一人造微結(jié)構(gòu)的垂直距離為所述寬頻吸波材料的第二吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。
3.如權(quán)利要求2所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻層與所述第二人造微結(jié)構(gòu)的垂直距離為所述寬頻吸波材料的第三吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。
4.如權(quán)利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻層電阻值為500至1000歐姆。
5.如權(quán)利要求2所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述第一人造微結(jié)構(gòu)為具有第一線寬的金屬環(huán)形結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求3所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述第二人造微結(jié)構(gòu)包括同心且等間距設(shè)置的四個環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中最里層的兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)為封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，最外層的兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)上均勻排布有四個缺口。
7.如權(quán)利要求6所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述第二人造微結(jié)構(gòu)的四個環(huán)形結(jié)構(gòu)具有相同的第二線寬，且第二線寬小于第一線寬。
8.如權(quán)利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述第一基材材料、第二基材材料以及第三基材材料為FR-4材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或F4B材料。
9.如權(quán)利要求I所述的寬屏吸波超材料，其特征在于所述電阻屏是通過將導(dǎo)電油墨均勻涂覆于電阻屏板材上構(gòu)成。
10.一種吸波裝置，其特征在于包括金屬外殼，所述金屬外殼表面貼附有權(quán)利要求I至權(quán)利要求9任一項所述的寬頻吸波超材料。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬頻吸波超材料，其包括沿電磁波傳播方向依次設(shè)置的電阻層、第一基材、陣列排布的多個第一人造微結(jié)構(gòu)、第二基材、陣列排布的多個第二人造微結(jié)構(gòu)以及第三基材；所述電阻層貼附于第一基材外表面，多個第一人造微結(jié)構(gòu)陣列排布于所述第一基材與第二基材相對表面的任一表面上，多個第二人造微結(jié)構(gòu)陣列排布于所述第二基材與第三基材相對表面的任一表面上，所述電阻層與所述第三基材底面的垂直距離為所述寬頻吸波超材料的第一吸波頻點對應(yīng)的電磁波波長的四分之一。本發(fā)明將超材料原理與電阻屏吸波原理結(jié)合起來設(shè)計寬頻吸波超材料，通過多層基材設(shè)置達(dá)到寬頻吸波效果。本發(fā)明還提供一種吸波裝置，其附著有上述寬頻吸波超材料。
文檔編號H05K9/00GK102811596SQ201210268269
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 寇超鋒, 何嘉威 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司