CN104334006A - 超材料和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超材料和设备。所述超材料包括至少一层基材、至少一层设置在所述基材上的结构层以及覆盖在所述基材表面上的反射层，所述结构层包括多个导电几何结构，所述基材为管状。由于超材料本身由具有基材和贴覆于基材上的反射层的吸波超材料制成，可以通过基材上结构层对电磁波的吸收、反射层对未吸收的电磁波的反射、结构层对电磁波的再吸收的循环过程，实现超材料的良好的吸波性能，从而具有该超材料的设备也能具有很高的吸波性能。

Description

超材料和设备

技术领域

本发明涉及一种超材料及具有该超材料的设备。

背景技术

超材料是一种新型的人工电磁材料，包括基板和规律地排布在基板表面或内部的导电几何结构，该导电几何结构能对入射电磁波电场和/或磁场产生响应。改变导电几何结构的图案和/或尺寸即可改变该处对入射电磁波的响应。通过设计材料每点的导电几何结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。

鉴于超材料对电磁波良好的可设计性，其在电磁波吸波或透波上具有潜在的应用前景。但现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几何结构，通过设计优化后的人造几何结构排布来实现电磁波透过超材料后的汇聚、扩展、定向等功能，并不能实现吸波功能。

发明内容

本发明目的在于提供一种超材料，旨在使该超材料具有良好的吸波性能。

本发明提供了一种超材料，所述超材料包括至少一层基材、至少一层设置在所述基材上的结构层以及覆盖在所述基材表面上的反射层，所述结构层包括多个导电几何结构，所述基材为管状。

进一步地，所述导电几何结构为导电材料制成的具有几何形状的结构。

进一步地，所述基材由介电常数大于1的介质材料制成。

进一步地，所述介质材料为半导体或绝缘体。

进一步地，所述反射层为导电层。

进一步地，所述反射层为金属层。

进一步地，所述超材料还包括遍布在至少其中一个基材表面上的导电油墨层。

进一步地，所述基材包括：第一层基材，贴覆于所述反射层上；第二层基材，设置于所述第一层基材的远离所述反射层的一侧，所述导电油墨层位于所述第一层基材和所述第二层基材之间。

进一步地，所述基材为树脂基体与纤维增强体制成的预浸料。

进一步地，所述管状基材的轴线为曲线。

本发明还涉及一种设备，包括设备主体和所述设备主体上的上述的超材料。

根据本发明的超材料和设备，由于超材料本身由具有基材和贴覆于基材上的反射层的吸波超材料制成，可以通过基材上结构层对电磁波的吸收、反射层对未吸收的电磁波的反射、结构层对电磁波的再吸收的循环过程，实现超材料的良好的吸波性能，从而具有该超材料的设备也能具有很高的吸波性能。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的管道的结构和工作原理示意图；

图2是根据本发明实施例的管道采用的吸波超材料的结构示意图。

其中，各附图标记代表：100、超材料；11、导电油墨层；12、导电油墨结构层；13、金属结构层；21、第一层基材；22、第二层基材；23、第三层基材；24、第四层基材；30、反射层。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例的超材料100由吸波超材料制成。吸波超材料包括吸波主体和反射层30，吸波主体包括至少一层基材和至少一层结构层。各结构层通过基材分隔，每层结构层包括多个规则排列的导电几何结构。反射层30优选设置于超材料100的最外层，贴覆于吸波主体的外侧。反射层也可设置在其中一个基材表面上，但所有结构层均应位于反射层的同一侧。

本发明中，基材采用不导电的材料或者非良导体材料制成，例如绝缘体或半导体。优选其介电常数大于1，例如环氧树脂、聚四氟乙烯、陶瓷等，或者可以具有相对而言更高的介电常数。如图1所示，基材为管状，使得本实施例的超材料100截面为圆形、轴线为曲线。其截面也可以是方形、梯形或其他形状，轴线也可以为曲线。在一种应用状态下，超材料100可以为进气道。

导电几何结构为由导电材料制成的具有平面几何形状的结构，导电材料可以是金属或合金，也可以是非金属的可导电的材料。这里的金属例如铜、银、金或铜合金等，非金属材料例如导电油墨、铟锡氧化物等。

其中，通过对材料每点的结构进行设计，使材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同，从而使材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料称之为超材料。本发明即利用了超材料原理，专为超材料设计了一种吸波超材料，该吸波超材料的吸波主体设置在反射层30上，而吸波主体包括基材和在基材表面排布的多个导电几何结构形成的结构层，从而可以由具有吸波性能的吸波超材料构成超材料100。

其中反射层30可以通过电镀、溅射或者热压等方式贴覆于吸波主体。反射层30的主要作用一方面是将图1中未被吸收的电磁波反射至超材料100的其它壁面上使得电磁波再次被吸波主体吸收。另一方面设置强度较高的反射层30也能增加吸波超材料的机械强度，从而较好地满足超材料100的强度要求。

如图1所示，超材料100内表面受到入射电磁波W1照射时，制作超材料100的吸波超材料的吸波主体可对入射电磁波W1进行吸收，未被吸收的部分电磁波被反射层反射到超材料100的另一侧壁面继续被吸波主体吸收、被反射层反射，每次吸收均可达到大幅度降低电磁波散射的效果。至超材料100下游时，经多次反射和吸收后已将入射至超材料100的入射电磁波W1完全吸收。

图2示出了本实施例的超材料的吸波超材料的具体结构。

如图2所示，本实施例中优选地吸波主体包括两层结构层，分别为金属结构层13和导电油墨结构层12。其中，金属结构层13的导电几何结构为金属制成的金属结构；导电油墨结构层12的导电几何结构为导电油墨制成的导电油墨结构。这是由于超材料100是不规则的曲线形状，因此完全采用金属制成的导电几何结构的形式构成吸波超材料难以保证吸波性能。

进一步优选地，金属结构层放在最外层，导电油墨微结构放在中间层。因为导电油墨结构层的导电几何结构是液体状态、金属结构层的导电几何结构是固体状态。超材料是弯曲的，导电几何结构放在中间层会导致导电几何结构更易发生形变从而对预设的吸波效果产生一定影响，而导电油墨结构层的导电几何结构则不会出现形变的问题。采用以上两种不同材质的导电几何结构以及各材质导电几何结构的位置关系，可以更好地实现曲面形的多层超材料的吸波效果。

进一步地，本实施例的吸波主体还包括导电油墨层11。其中，导电油墨层11位于两层基材之间，且导电油墨层11遍布于两层基材中一层基材的一个表面上。导电油墨层11使超材料100除了利用吸波超材料的原理吸波外，还利用了电阻屏原理进行吸波，可以进一步增强超材料100的吸波效果。

本实施例中吸波主体包括第一层至第四层共四层基材。

反射层30贴覆于第一层基材21。第二层基材22设置于第一层基材21的远离反射层30的一侧。导电油墨层11位于第一层基材21和第二层基材22之间。导电油墨层11可以设置于第一层基材21和第二层基材22的相对表面的任何一个表面上。

第三层基材23设置于第二层基材22的远离第一层基材21的一侧。导电油墨结构层12位于第二层基材22和第三层基材23之间。导电油墨结构层12可以设置于第二层基材22和第三层基材23的相对表面的任何一个表面上。

第四层基材23设置于超材料100的最内层。导电几何结构位于第三层基材23和第四层基材24之间。金属结构层13可以设置于第三层基材23和第四层基材24的相对表面的任何一个表面上。

在本实施例中，基材为树脂基体与纤维增强体制成的预浸料。基材采用预浸料是因为预浸料可以使得基材与导电几何结构或者导电油墨微结构一体成型，从而使超材料100的机械性能较强。

以上实施例不应构成对本发明的限制。例如，本实施例中金属结构层中的导电几何结构和导电油墨结构层中的导电几何结构均可以为片状。但是，金属结构层中的导电几何结构还可以为现有的吸波超材料中的各种形式的导电几何结构，例如CN200580029498.3和CN200810236471.7中显示的导电几何结构等均可采用，只要导电几何结构能够对电磁波的电场或磁场产生响应即可。

本发明还保护具有上述超材料的设备，该设备可以是各种表面或其他局部需要有吸波能力的设备，其包括设备主体和设置在该设备主体上、上文涉及的超材料。

从以上的描述中可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

一方面，在超材料表面或内部设置覆盖一定面积区域的反射层，同时基材为管状，使得电磁波浸入管状基材内部，会在管道内来回多次反射，从而消耗能量，起到吸波效果；

另一方面，在基材上设置多个导电几何结构组成的结构层，利用导电几何结构对电磁波的响应来衰减电磁波，可进一步增强吸波效果；

进一步地，基材之间覆盖有导电油墨层，可增强吸波效果；而导电油墨由于是液态，制备更容易，也随基材任意弯曲造型，可简化工艺，提高生产效率；

另外，设置强度较高的反射层，也可以提高吸波超材料的机械强度，从而较好的满足超材料的强度要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种超材料，其特征在于，所述超材料包括至少一层基材、至少一层设置在所述基材上的结构层以及覆盖在所述基材表面上的反射层，所述结构层包括多个导电几何结构，所述基材为管状。

2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构为导电材料制成的具有几何形状的结构。

3.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述基材由介电常数大于1的介质材料制成。

4.根据权利要求3所述的超材料，其特征在于，所述介质材料为半导体或绝缘体。

5.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述反射层为导电层。

6.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，所述反射层为金属层。

7.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料还包括遍布在至少其中一个基材表面上的导电油墨层（11）。

8.根据权利要求7所述的超材料，其特征在于，所述基材包括：

第一层基材（21），贴覆于所述反射层（30）上；

第二层基材（22），设置于所述第一层基材（21）的远离所述反射层（30）的一侧，所述导电油墨层（11）位于所述第一层基材（21）和所述第二层基材（22）之间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的超材料，其特征在于，所述基材为树脂基体与纤维增强体制成的预浸料。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的超材料，其特征在于，所述管状基材的轴线为曲线。

11.一种设备，其特征在于，包括设备主体和所述设备主体上的、如权利要求1至10任一项所述的超材料。