超材料和設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超材料和設備。所述超材料包括至少一層基材、至少一層設置在所述基材上的結構層以及覆蓋在所述基材表面上的反射層，所述結構層包括多個導電幾何結構，所述基材為管狀。由于超材料本身由具有基材和貼覆于基材上的反射層的吸波超材料制成，可以通過基材上結構層對電磁波的吸收、反射層對未吸收的電磁波的反射、結構層對電磁波的再吸收的循環(huán)過程，實現(xiàn)超材料的良好的吸波性能，從而具有該超材料的設備也能具有很高的吸波性能。
【專利說明】超材料和設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超材料及具有該超材料的設備。

【背景技術】
[0002]超材料是一種新型的人工電磁材料，包括基板和規(guī)律地排布在基板表面或內部的導電幾何結構，該導電幾何結構能對入射電磁波電場和/或磁場產(chǎn)生響應。改變導電幾何結構的圖案和/或尺寸即可改變該處對入射電磁波的響應。通過設計材料每點的導電幾何結構使得材料各點的介電常數(shù)和磁導率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波等。
[0003]鑒于超材料對電磁波良好的可設計性，其在電磁波吸波或透波上具有潛在的應用前景。但現(xiàn)有的超材料主要是平板形的基板上周期性排布一定的人造幾何結構，通過設計優(yōu)化后的人造幾何結構排布來實現(xiàn)電磁波透過超材料后的匯聚、擴展、定向等功能，并不能實現(xiàn)吸波功能。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種超材料，旨在使該超材料具有良好的吸波性能。
[0005]本發(fā)明提供了一種超材料，所述超材料包括至少一層基材、至少一層設置在所述基材上的結構層以及覆蓋在所述基材表面上的反射層，所述結構層包括多個導電幾何結構，所述基材為管狀。
[0006]進一步地，所述導電幾何結構為導電材料制成的具有幾何形狀的結構。
[0007]進一步地，所述基材由介電常數(shù)大于I的介質材料制成。
[0008]進一步地,所述介質材料為半導體或絕緣體。
[0009]進一步地，所述反射層為導電層。
[0010]進一步地，所述反射層為金屬層。
[0011]進一步地,所述超材料還包括遍布在至少其中一個基材表面上的導電油墨層。
[0012]進一步地，所述基材包括:第一層基材，貼覆于所述反射層上；第二層基材，設置于所述第一層基材的遠離所述反射層的一側，所述導電油墨層位于所述第一層基材和所述第二層基材之間。
[0013]進一步地，所述基材為樹脂基體與纖維增強體制成的預浸料。
[0014]進一步地，所述管狀基材的軸線為曲線。
[0015]本發(fā)明還涉及一種設備，包括設備主體和所述設備主體上的上述的超材料。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的超材料和設備，由于超材料本身由具有基材和貼覆于基材上的反射層的吸波超材料制成，可以通過基材上結構層對電磁波的吸收、反射層對未吸收的電磁波的反射、結構層對電磁波的再吸收的循環(huán)過程，實現(xiàn)超材料的良好的吸波性能，從而具有該超材料的設備也能具有很高的吸波性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的管道的結構和工作原理示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的管道采用的吸波超材料的結構示意圖。
[0020]其中，各附圖標記代表:100、超材料；11、導電油墨層；12、導電油墨結構層；13、金屬結構層；21、第一層基材；22、第二層基材；23、第三層基材；24、第四層基材；30、反射層。

【具體實施方式】
[0021]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0022]如圖1所示，本實施例的超材料100由吸波超材料制成。吸波超材料包括吸波主體和反射層30，吸波主體包括至少一層基材和至少一層結構層。各結構層通過基材分隔，每層結構層包括多個規(guī)則排列的導電幾何結構。反射層30優(yōu)選設置于超材料100的最外層，貼覆于吸波主體的外側。反射層也可設置在其中一個基材表面上，但所有結構層均應位于反射層的同一側。
[0023]本發(fā)明中，基材采用不導電的材料或者非良導體材料制成，例如絕緣體或半導體。優(yōu)選其介電常數(shù)大于1，例如環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、陶瓷等，或者可以具有相對而言更高的介電常數(shù)。如圖1所示，基材為管狀，使得本實施例的超材料100截面為圓形、軸線為曲線。其截面也可以是方形、梯形或其他形狀，軸線也可以為曲線。在一種應用狀態(tài)下，超材料100可以為進氣道。
[0024]導電幾何結構為由導電材料制成的具有平面幾何形狀的結構，導電材料可以是金屬或合金，也可以是非金屬的可導電的材料。這里的金屬例如銅、銀、金或銅合金等，非金屬材料例如導電油墨、銦錫氧化物等。
[0025]其中，通過對材料每點的結構進行設計，使材料各點的介電常數(shù)和磁導率都相同或者不同，從而使材料整體的介電常數(shù)和磁導率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應，該類具有規(guī)律排布的磁導率和介電常數(shù)的材料稱之為超材料。本發(fā)明即利用了超材料原理，專為超材料設計了一種吸波超材料，該吸波超材料的吸波主體設置在反射層30上，而吸波主體包括基材和在基材表面排布的多個導電幾何結構形成的結構層，從而可以由具有吸波性能的吸波超材料構成超材料100。
[0026]其中反射層30可以通過電鍍、濺射或者熱壓等方式貼覆于吸波主體。反射層30的主要作用一方面是將圖1中未被吸收的電磁波反射至超材料100的其它壁面上使得電磁波再次被吸波主體吸收。另一方面設置強度較高的反射層30也能增加吸波超材料的機械強度，從而較好地滿足超材料100的強度要求。
[0027]如圖1所示，超材料100內表面受到入射電磁波Wl照射時，制作超材料100的吸波超材料的吸波主體可對入射電磁波Wl進行吸收，未被吸收的部分電磁波被反射層反射到超材料100的另一側壁面繼續(xù)被吸波主體吸收、被反射層反射，每次吸收均可達到大幅度降低電磁波散射的效果。至超材料100下游時，經(jīng)多次反射和吸收后已將入射至超材料100的入射電磁波Wl完全吸收。
[0028]圖2示出了本實施例的超材料的吸波超材料的具體結構。
[0029]如圖2所示，本實施例中優(yōu)選地吸波主體包括兩層結構層，分別為金屬結構層13和導電油墨結構層12。其中，金屬結構層13的導電幾何結構為金屬制成的金屬結構；導電油墨結構層12的導電幾何結構為導電油墨制成的導電油墨結構。這是由于超材料100是不規(guī)則的曲線形狀，因此完全采用金屬制成的導電幾何結構的形式構成吸波超材料難以保證吸波性能。
[0030]進一步優(yōu)選地，金屬結構層放在最外層，導電油墨微結構放在中間層。因為導電油墨結構層的導電幾何結構是液體狀態(tài)、金屬結構層的導電幾何結構是固體狀態(tài)。超材料是彎曲的，導電幾何結構放在中間層會導致導電幾何結構更易發(fā)生形變從而對預設的吸波效果產(chǎn)生一定影響，而導電油墨結構層的導電幾何結構則不會出現(xiàn)形變的問題。采用以上兩種不同材質的導電幾何結構以及各材質導電幾何結構的位置關系，可以更好地實現(xiàn)曲面形的多層超材料的吸波效果。
[0031]進一步地，本實施例的吸波主體還包括導電油墨層11。其中，導電油墨層11位于兩層基材之間，且導電油墨層11遍布于兩層基材中一層基材的一個表面上。導電油墨層11使超材料100除了利用吸波超材料的原理吸波外，還利用了電阻屏原理進行吸波，可以進一步增強超材料100的吸波效果。
[0032]本實施例中吸波主體包括第一層至第四層共四層基材。
[0033]反射層30貼覆于第一層基材21。第二層基材22設置于第一層基材21的遠離反射層30的一側。導電油墨層11位于第一層基材21和第二層基材22之間。導電油墨層11可以設置于第一層基材21和第二層基材22的相對表面的任何一個表面上。
[0034]第三層基材23設置于第二層基材22的遠離第一層基材21的一側。導電油墨結構層12位于第二層基材22和第三層基材23之間。導電油墨結構層12可以設置于第二層基材22和第三層基材23的相對表面的任何一個表面上。
[0035]第四層基材23設置于超材料100的最內層。導電幾何結構位于第三層基材23和第四層基材24之間。金屬結構層13可以設置于第三層基材23和第四層基材24的相對表面的任何一個表面上。
[0036]在本實施例中，基材為樹脂基體與纖維增強體制成的預浸料?；牟捎妙A浸料是因為預浸料可以使得基材與導電幾何結構或者導電油墨微結構一體成型，從而使超材料100的機械性能較強。
[0037]以上實施例不應構成對本發(fā)明的限制。例如，本實施例中金屬結構層中的導電幾何結構和導電油墨結構層中的導電幾何結構均可以為片狀。但是，金屬結構層中的導電幾何結構還可以為現(xiàn)有的吸波超材料中的各種形式的導電幾何結構，例如CN200580029498.3和CN200810236471.7中顯示的導電幾何結構等均可采用，只要導電幾何結構能夠對電磁波的電場或磁場產(chǎn)生響應即可。
[0038]本發(fā)明還保護具有上述超材料的設備，該設備可以是各種表面或其他局部需要有吸波能力的設備，其包括設備主體和設置在該設備主體上、上文涉及的超材料。
[0039]從以上的描述中可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果:
[0040]一方面，在超材料表面或內部設置覆蓋一定面積區(qū)域的反射層，同時基材為管狀，使得電磁波浸入管狀基材內部，會在管道內來回多次反射，從而消耗能量，起到吸波效果；
[0041]另一方面，在基材上設置多個導電幾何結構組成的結構層，利用導電幾何結構對電磁波的響應來衰減電磁波，可進一步增強吸波效果；
[0042]進一步地，基材之間覆蓋有導電油墨層，可增強吸波效果；而導電油墨由于是液態(tài)，制備更容易，也隨基材任意彎曲造型，可簡化工藝，提聞生廣效率；
[0043]另外，設置強度較高的反射層，也可以提高吸波超材料的機械強度，從而較好的滿足超材料的強度要求。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種超材料，其特征在于，所述超材料包括至少一層基材、至少一層設置在所述基材上的結構層以及覆蓋在所述基材表面上的反射層，所述結構層包括多個導電幾何結構，所述基材為管狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述導電幾何結構為導電材料制成的具有幾何形狀的結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述基材由介電常數(shù)大于I的介質材料制成。
4.根據(jù)權利要求3所述的超材料，其特征在于，所述介質材料為半導體或絕緣體。
5.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述反射層為導電層。
6.根據(jù)權利要求5所述的超材料，其特征在于，所述反射層為金屬層。
7.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料還包括遍布在至少其中一個基材表面上的導電油墨層(11)。
8.根據(jù)權利要求7所述的超材料，其特征在于，所述基材包括: 第一層基材(21)，貼覆于所述反射層(30)上； 第二層基材(22 )，設置于所述第一層基材(21)的遠離所述反射層(30 )的一側，所述導電油墨層(11)位于所述第一層基材(21)和所述第二層基材(22 )之間。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的超材料，其特征在于，所述基材為樹脂基體與纖維增強體制成的預浸料。
10.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的超材料，其特征在于，所述管狀基材的軸線為曲線。
11.一種設備，其特征在于，包括設備主體和所述設備主體上的、如權利要求1至10任一項所述的超材料。
【文檔編號】H05K9/00GK104334006SQ201310309366
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權日:2013年7月22日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司