一種人造微結構的製作方法
2023-06-20 06:07:16 3
專利名稱：一種人造微結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及超材料領域，特別是涉及一種人造微結構。
背景技術：
超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構或複合材料；通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。超材料由介質基板和設置在基板上的多個人造微結構單元組成，其中，每個人造微結構單元包含一個人造微結構；每個人造微結構大小一般小於1/10個波長，其對外加電場和/或磁場具有電響應和/或磁響應，從而具有表現出等效介電常數和/或等效磁導率。人造微結構的等效介電常數和等效磁導率由其拓撲結構和幾何尺寸參數決定，可人為設計和控制。並且，人造微結構可以具有人為設計的各向異性的電磁參數。介電常數是表徵電介質或絕緣材料電性能的一個重要數據，常用ε表示。它是指在同一電容器中用同一物質為電介質和真空時的電容的比值，表示電介質在電場中貯存靜電能的相對能力。介電常數具有複數形式，實數部分稱為介電常數，虛數部分稱為損耗因子，通常用損耗正切值(損耗因子與介電常數之比)來表示材料與微波的耦合能力，損耗正切值越大，材料與微波的耦合能力就越強。如果有高介電常數的材料放在電場中，電場的強度會在電介質內有可觀的下降，在高介電常數材料中，電磁波波長很短，可以大大縮小射頻及微波器件的尺寸，現有的材料的介電常數都比較低，幾乎沒有材料的介電常數超過60。現有的超材料設計生產工藝中通常採用如圖1所示的「工」字型人造微結構去改變空間中的介電常數分布，「工」字型人造微結構包括上橫線11，下橫線12和豎線13，採用工」字型人造微結構去改變空間中的介電常數分布通常很難保證在一段頻率上折射率變化較小，即無色散的情況下在寬頻率範圍有比較大的折射率。現有技術中幾乎沒有超高介電常數並且介電常數較為平穩的材料。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種具有超大介電常數的人造微結構，為超大介電常數的超材料應用到工業中提供了可能性。—種人造微結構，該人造微結構包括上橫線、下橫線，其特徵在於，該人造微結構還包括設置在上橫線和下橫線之間的迂迴部分，其中迂迴部分至少有兩個反向相連的「 U 」型結構，且該迂迴部分的兩端分別與上橫線(21)、下橫線連接。—種超材料，該超材料包括基材和附著在基材上的人造微結構，其中人造微結構包括上橫線、下橫線，還包括設置在上橫線和下橫線之間的迂迴部分，該迂迴部分至少有兩個反向相連的「 U 」型結構，且該迂迴部分的兩端分別與所述上橫線、下橫線連接。
本發明實施例中，通過對現有「工」字型人造微結構的設計改良，將豎線用迂迴部分來代替，這種設計增加了上橫線和下橫線之間的金屬線的長度，從而加大了人造微結構的介電常數，增強了折射率，利用本實施例中的人造微結構製成的超材料，可以突破天線和半導體工業等製造業的瓶頸，對微波器件的小型化產生不可估量的作用。
圖1是現有技術中「工」字型人造微結構的示意圖2是本發明實施例一中人造微結構的示意圖3是本發明實施例二中人造微結構的示意圖4是本發明實施例二 「U」型結構的示意圖5是本發明實施例二中人造微結構的介電常數與電磁波頻率的關係圖6是本發明實施例二中人造微結構的折射率與電磁波頻率的關係圖7是本發明實施例三中超材料的示意圖8是本發明實施例三中人造微結構的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
請參閱圖2，本發明實施例一種人造微結構的第一實施例包括:
人造微結構包括上橫線21、下橫線22，該人造微結構還包括設置在上橫線21和下橫線22之間的迂迴部分23，其中迂迴部分23至少有兩個反向相連的「U 」型結構24，且該迂迴部分23的兩端分別與上橫線21、下橫線22連接；
在本實施例中，通過對現有「工」字型人造微結構的設計改良，將豎線用迂迴部分來代替，這種設計增加了上橫線和下橫線之間的金屬線的長度，從而加大了人造微結構的介電常數，增強了折射率，利用本實施例中的人造微結構製成的超材料，可以突破天線和半導體工業等製造業的瓶頸，對微波器件的小型化產生不可估量的作用。
請參閱圖3至圖5，本發明實施例一種人造微結構的第二實施例包括:
如圖3所示，人造微結構包括上橫線31、下橫線32，該人造微結構還包括設置在上橫線31和下橫線32之間的迂迴部分33，其中迂迴部分33至少有兩個反向相連的」 U 」型結構34，且該迂迴部分33的兩端分別與上橫線31、下橫線32連接；
進一步的，請參閱圖4，「 U 」型結構包括相互平行的第一側線41和第二側線42以及連接第一側線和第二側線一端的連接線43，連接線的長度均小於第一側線41及第二側線42的長度；
進一步的，迂迴部分33包括多個依次反向相連的「 U 」型結構34，除第一個「 U 」型結構和最後一個「U」型結構外的「U」型結構中，第一側線和第二側線的長度均相等，相鄰兩個「 U 」型結構中的相鄰側線是重疊的，或者是共用一條側線的；
進一步的，迂迴部分33第一個「 U 」型結構和最後一個「 U 」型結構的第一側線的長度均大於第二側線，以便第一個「 U 」型結構的第一側線和最後一個「 U 」型結構的第一側線分別與上橫線31、下橫線32連接；
進一步的，「U」型結構的兩側長度根據實際需要可以設計成一側長度大於另一側長度；「 U」型結構的底部的長度大於兩側的長度；
進一步的，本實施例中的人造微結構由金屬線製成，可以是銅線、銀線或者金線等等，也可以是合金線，此處不做限制；如圖5所示,橫坐標表示電磁波頻率,縱坐標表示本實施例中人造微結構的介電常數，實曲線表示介電常數隨電磁波頻率的變化而變化，虛曲線表示介電常數的損耗曲線，顯然的，在電磁能頻率在IGHz至2GHz的頻率段，並且人造微結構的介電常數也非常平穩且遠大於80，其中在2GHz處超過了 230，並且，損耗較小，在可接受的範圍之內；而且，在IGHz至2GHz的頻率段，人造微結構的折射率也很平穩，變化很小，且在2GHz處達到了 15左右，如圖6所示,橫坐標表示電磁波頻率,縱坐標表示本實施例中人造微結構的折射率,實曲線表示折射率隨電磁波頻率的變化而變化，虛曲線表示折射率的損耗曲線；根據實際情況，也可以設計成在給定頻段的電磁波的介電常數平穩且較大，此處對電磁波頻段不做限制。在本實施例中，通過對現有「工」字型人造微結構的設計改良，將豎線用迂迴部分來代替，這種設計增加了上橫線和下橫線之間的金屬線的長度，從而加大了人造微結構的介電常數，增強了折射率，利用本實施例中的人造微結構製成的超材料，可以突破天線和半導體工業等製造業的瓶頸，對微波器件的小型化產生不可估量的作用。請參閱圖7、圖8，本發明實施例一種超材料的第三實施例包括:如圖7所不，超材料包括基材71和附著在基材上的人造微結構72,如圖8所不，人造微結構72包括上橫線721、下橫線722，還包括設置在上橫線721和下橫線722之間的迂迴部分723，其中迂迴部分723至少有兩個反向相連的「 U 」型結構724，且該迂迴部分723的兩端分別與所述上橫線721、下橫線722連接；關於設置在基材71上的人造微結構72，參見第二實施例中做出的詳細描述，此處不做贅述；在本實施例中，通過對現有「工」字型人造微結構的設計改良，將豎線用迂迴部分來代替，這種設計增加了上橫線和下橫線之間的金屬線的長度，從而加大了人造微結構的介電常數，增強了折射率，利用本實施例中的人造微結構製成的超材料，可以突破天線和半導體工業等製造業的瓶頸，對微波器件的小型化產生不可估量的作用。上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於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，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬於本發明的保護之內。
權利要求
1.一種人造微結構，所述人造微結構包括上橫線(21)、下橫線(22)，其特徵在於，所述人造微結構還包括設置在上橫線(21)和下橫線(22)之間的迂迴部分(23)，所述迂迴部分(23)至少有兩個反向相連的「U」型結構(24)，且所述迂迴部分(23)的兩端分別與所述上橫線(21)、下橫線(22)連接。
2.根據權利要求1所述的人造微結構，其特徵在於，所述「U」型結構(24)包括相互平行的第一側線和第二側線以及連接所述第一側線和所述第二側線一端的連接線。
3.根據權利要求1所述的人造微結構，其特徵在於，所述迂迴部分(23)包括多個依次反向相連的「U」型結構(24)，除第一個「U」型結構和最後一個「U」型結構外的「U」型結構其第一側線和第二側線的長度均相等。
4.根據權利要求2所述的人造微結構，其特徵在於，所述迂迴部分(23)第一個「U」型結構和最後一個「U」型結構的第一側線的長度均大於第二側線，以便第一個「U」型結構的第一側線和最後一個「U」型結構的第一側線分別與所述上橫線(21)、下橫線(22)連接。
5.根據權利要求2所述的人造微結構，其特徵在於，所述「U」型結構的連接線的長度均小於所述第一側線及第二側線的長度。
6.根據權利要求1所述的人造微結構，其特徵在於，所述人造微結構由金屬線製成。
7.根據權利要求6所述的人造微結構，其特徵在於，所述金屬線為銅線、銀線或金線。
8.根據權利要求6所述的人造微結構，其特徵在於，所述金屬線為合金線。
9.一種超材料，其特徵在於，包括基材和附著在基材上的人造微結構，所述人造微結構包括上橫線、下橫線，還包括設置在上橫線和下橫線之間的迂迴部分，所述迂迴部分至少有兩個反向相連的「U」型結構，且所述迂迴部分的兩端分別與所述上橫線、下橫線連接。
10.根據權利要求9所述的超材料，其特徵在於，所述「U」型結構包括相互平行的第一側線和第二側線以及連接所述第一、第二側邊二者末端的連接線。
全文摘要
本發明提供了一種人造微結構，通過對現有「工」字型人造微結構的設計改良，將豎線用迂迴部分來代替，迂迴部分至少有兩個反向連接的「U」型結構，且該迂迴部分的兩端分別與上橫線和下橫線連接，這種設計增加了上橫線和下橫線之間的金屬線的長度，從而加大了人造微結構的介電常數，增強了折射率。本發明還涉及一種具有上述人造微結構的超材料，具有上述人造微結構的超材料可以突破天線和半導體工業等製造業的瓶頸，對微波器件的小型化產生不可估量的作用。
文檔編號H01Q15/00GK103199347SQ20111011198
公開日2013年7月10日 申請日期2011年4月30日 優先權日2011年4月30日
發明者劉若鵬, 欒琳, 寇超峰 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司