一種吸波超材料的製作方法

2023-05-03 17:08:27

本發明涉及材料領域，更具體地，涉及一種吸波超材料。

背景技術：

隨著科學技術發展的日新月異，以電磁波為媒介的技術、各種產品越來越多，電磁波輻射對環境的影響也日益增大。無線電波可能對機場環境造成幹擾，導致飛機航班無法正常起飛；行動電話可能常會干擾各種精密電子醫療器械的工作；即使是普通計算機，也會輻射攜帶信息的電磁波，它可能在幾公裡以外被接收和重現，從而造成國防、政治、經濟、科技等方面情報的洩漏。因此，治理電磁汙染，尋找一種能抵擋並削弱電磁波輻射的材料，即吸波材料，已成為材料科學的一大課題。另外，吸波材料包括軍事在內的其它方面也有廣泛應用，比如隱形機，隱形衣等。

吸波材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料，材料吸收電磁波的基本條件是：(1)電磁波入射到材料上時，它能最大限度地進入材料內部，即要求材料具有匹配特性；(2)進入材料內部的電磁波能迅速地幾乎全部衰減掉，即衰減特性。實現第一個條件的方法之一是採用特殊的邊界條件，如在高電導、高磁導吸波材料的表面塗敷電導、磁導接近空氣電導、磁導的介質，使電磁波最大限度地入射；而實現第二個條件則要求材料具有高的電磁損耗性。

現有的吸波超材料由人造微結構和基板材料組成，通過改變人造微結構的介電常數和磁導率得到的吸波材料，對特定頻率的電磁波相對於普通吸波材料來說，吸收效果已經有了較大的進步，但是通常吸收效果比較好的頻段非常窄，不能滿足寬頻吸波要求，同時吸波材料的重量也比較大。

針對相關技術中的上述技術問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的吸波材料吸收電磁波的工作頻率較窄以及吸波材料的重量較大的問題，本發明提供了一種吸波超材料。

根據本發明的一個方面，本發明提供的一種吸波超材料，包括：高介電常數板材；多個微結構排布在高介電常數板材上；其中，微結構包括輕質低介電材料層和/或覆蓋在輕質低介電材料層一側表面上的電阻結構層，一部分微結構沿著高介電常數板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微結構沿著與表面垂直的豎直方向呈疊層排布。

在上述吸波超材料中，高介電常數板材的介電常數大於10，輕質低介電材料層的介電常數不大於10。

在上述吸波超材料中，在所有微結構中，輕質低介電材料層與電阻結構層各自的總層數相同。

在上述吸波超材料中，在所有微結構中，輕質低介電材料層與電阻結構層各自的總層數不相同。

在上述吸波超材料中，電阻結構層的厚度為0.020mm～0.030mm。

在上述吸波超材料中，輕質低介電材料層和電阻結構層的表面均施加有膠膜。

在上述吸波超材料中，膠膜包括聚醯胺膠膜、聚醚碸樹脂膠膜、環氧丙烷膠膜、丙烯酸膠膜中的一種或者多種。

在上述吸波超材料中，在每一個微結構中，電阻結構層的面積小於輕質低介電材料層的面積。

在上述吸波超材料中，在每一個微結構中，電阻結構層和輕質低介電材料層均呈矩形，且二者的長或寬相等。

在上述吸波超材料中，輕質低介電材料層和電阻結構層具有相同的對稱軸。

在上述吸波超材料中，吸波超材料的工作頻段範圍為1.3GHz～18GHz。

在上述吸波超材料中，吸波超材料的面密度不超過1.5kg/m2。

根據本發明的另一方面，本發明還提供了一種吸波超材料，包括：兩個高介電常數板材；多個微結構排布在兩個高介電常數板材之間；其中， 微結構包括輕質低介電材料層和/或覆蓋在輕質低介電材料層一側表面上的電阻結構層，一部分微結構沿著高介電常數板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微結構沿著與表面垂直的豎直方向呈疊層排布。

本發明採用高介電常數板材以及由輕質低介電材料層和/或電阻結構層所形成微結構的綜合設計，利用高介電常數板材能有效降低吸波超材料的整體厚度，利用輕質低介電材料層(如蜂窩結構層、PMI泡沫層等等)能有效降低吸波超材料的整體重量，利用電阻結構層形成電阻屏，通過電阻屏形成Salisbury屏，從而達到吸波的效果，同時綜合吸波超材料各層的效應，從而實現了寬頻的吸波效果。與單層微結構或純材料相比，本發明的吸波超材料可以顯著提高吸波效果，面密度不超過1.5kg/m2。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據本發明實施例1的吸波超材料的俯視圖；

圖2是本發明實施例圖1的吸波超材料的左視圖；

圖3是本發明的圖1的吸波超材料的反射率曲線圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明提供一種吸波超材料，包括高介電常數板材、多個微結構排布在該高介電常數板材上，其中，該微結構包括輕質低介電材料層和/或覆蓋在輕質低介電材料層一側表面上的電阻結構層，一部分微結構沿著高介電常數板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微結構沿著與表面垂直的豎 直方向呈疊層排布。其中，本發明中的高介電常數板材的介電常數大於10，且該高介電常數板材可以是金屬板，如銅板、鋁板等，同時，輕質低介電材料層的介電常數不大於(即小於或者等於)10，且該輕質低介電材料層可以是蜂窩結構層、PMI泡沫層等等，本發明採用高介電常數板材以及由輕質低介電材料層和/或電阻結構層所形成微結構的綜合設計，利用高介電常數板材能有效降低吸波超材料的整體厚度，利用輕質低介電材料層(如蜂窩結構層、PMI泡沫層等等)能有效降低吸波超材料的整體重量，利用電阻結構層形成電阻屏，通過電阻屏形成Salisbury屏，從而達到吸波的效果，同時綜合吸波超材料各層的效應，從而實現了寬頻的吸波效果。

其中，在吸波超材料的所有微結構中，輕質低介電材料層與電阻結構層各自的總層數可以相同或不相同，可以根據實際需求進行設置。同時，在吸波材料的豎直方向上，多個微結構可成層排布，本發明對該層數不做具體限定，可以根據實際需求設定，如：該層數可設置成是奇數，也可設置成偶數。同時，在距離金屬板較近的一端，在底層微結構層的上方或下方，可以緊貼設置高介電常數的材料層，該高介電常數的材料的層數和厚度需根據實際需求確定，從而進一步提高該吸波材料的吸波效果。

其中，電阻結構層的為0.020mm～0.030mm。在優選實施例中，電阻結構層的厚度為0.025mm。其中，在每個微結構中，電阻結構層的電阻結構為豎條，電阻結構層的面積小於相鄰輕質低介電材料層的面積，且電阻結構層和輕質低介電材料層均呈矩形，且二者的長相等，本領域普通技術人員應當明白，電阻結構層和輕質低介電材料層的長度相等屬於一個列舉的實施例，也可以將電阻結構層和輕質低介電材料層的寬度設置成等值，此外，輕質低介電材料層和電阻結構層具有相同的對稱軸。

在吸波超材料的每層在每個微結構中，電阻結構層的寬度以及相對於輕質低介電材料層一側表面上的位置均是可調的，例如，電阻結構層可位於輕質低介電材料層一側表面的中間位置或者邊緣位置，在優選的實施例中，電阻結構層覆蓋在輕質低介電材料層的中間位置。

本發明的吸波超材料中疊層排布方向上的微結構中輕質低介電材料層的厚度是可以調節的，輕質低介電材料層的厚度在3.2mm至9mm的範圍 內，在優選的實施例中，輕質低介電材料層的厚度為6.1mm。

在實施例1中，如圖1所示，在高介電常數板材的一表面上，吸波超材料水平方向上包括一個微結構，在該微結構中，電阻結構層2位於輕質低介電材料層1的中間位置，如圖2所示，在與高介電常數板材的上述表面垂直的豎直方向上，該吸波超材料包括6個微結構，每個微結構包括輕質低介電材料層1和覆蓋在輕質低介電材料層一側表面上的電阻結構層2，具體地，該吸波材料包括1層高介電常數板材3以及6個微結構，在高介電常數板材3上疊層排布的6個微結構中，每個微結構上覆蓋一層電阻結構層2，當然，在其他的實施方式中，可以有一個或者多個相鄰層之間沒有電阻結構層2，也就是說，在其他實施方式中，存在有些微結構僅僅只包括輕質低介電材料層1，圖3是圖1的吸波超材料的反射率曲線圖，其中，X軸為頻率(GHz)，Y軸為dB，由圖3可知，當吸波材料的工作頻段範圍為1.3GHz～18GHz時，反射率小於-10dB，該吸波材料在上述低頻段具有較好的吸波性能。

本發明中的各個輕質低介電材料層、電阻結構層和高介電常數板材之間可以通過膠膜的形式結合在一起，膠膜包括聚醯胺膠膜、聚醚碸樹脂膠膜、環氧丙烷膠膜、丙烯酸膠膜中的一種或者多種。

同時，本發明還提供了一種吸波超材料包括：兩個高介電常數板材；多個微結構排布在兩個高介電常數板材之間；其中，微結構包括輕質低介電材料層和/或覆蓋在輕質低介電材料層一側表面上的電阻結構層，一部分微結構沿著高介電常數板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微結構沿著與表面垂直的豎直方向呈疊層排布。其中，本發明中的高介電常數板材的介電常數大於10，且該高介電常數板材可以是金屬板，如銅板、鋁板等，同時，輕質低介電材料層的介電常數不大於(即小於或者等於)10，且該輕質低介電材料層可以是蜂窩結構層、PMI泡沫層等等，在另外一個實施例中，本發明通過在保證了寬頻吸波效果的前提下，吸波材料進一步通過採用兩個高介電常數的板材，能夠進一步降低吸波超材料的整體的厚度。

其中，在該實施例中，在吸波超材料的所有微結構中，輕質低介電材料層與電阻結構層各自的總層數可以相同或不相同，可以根據實際需求進 行設置。同時，在吸波材料的豎直方向上，多個微結構可成層排布，本發明對該層數不做具體限定，可以根據實際需求設定，如：該層數可設置成是奇數，也可設置成偶數。

同時，在該實施例中，電阻結構層的為0.020mm～0.030mm。在優選實施例中，電阻結構層的厚度為0.025mm。在該吸波材料中，各個輕質低介電材料層、電阻結構層和高介電常數板材之間可以通過膠膜的形式結合在一起，膠膜包括聚醯胺膠膜、聚醚碸樹脂膠膜、環氧丙烷膠膜、丙烯酸膠膜中的一種或者多種。

此外，在該實施例中，在每個微結構中，電阻結構層的面積小於輕質低介電材料層的面積，同時，具有相同的對稱軸的電阻結構層和輕質低介電材料層，兩層均呈矩形，且二者的長或寬相等，同時，該吸波材料的工作頻段範圍為1.3GHz～18GHz時，該吸波材料在上述低頻段具有較好的吸波性能。

本發明採用高介電常數板材以及由輕質低介電材料層和/或電阻結構層所形成微結構的綜合設計，利用高介電常數板材能有效降低吸波超材料的整體厚度，利用輕質低介電材料層(如蜂窩結構層、PMI泡沫層等等)能有效降低吸波超材料的整體重量，利用電阻結構層形成電阻屏，通過電阻屏形成Salisbury屏，從而達到吸波的效果，同時綜合吸波超材料各層的效應，從而實現了寬頻的吸波效果。與單層微結構或純材料相比，本發明的吸波超材料可以顯著提高吸波效果，面密度不超過1.5kg/m2。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。