一种吸波结构制造技术

本发明专利技术提供了一种吸波结构，包括支撑层和设置在支撑层上且呈阵列状排布的多个超原子，所述超原子由介质层和金属层自下至上周期性叠加形成圆台状结构。本发明专利技术的吸波结构该吸波结构可以抑制吸波特性对电磁辐射偏振角的敏感度，基频磁共振和三阶磁共振作用机制在在呈阵列状排布的多个超原子中形成局域化和非局域化等离子体波，这使得本发明专利技术的吸收结构同时具有两个吸收带，并且本发明专利技术吸波结构的吸收频带宽，吸收效率高，其光吸收特性的设计更具灵活性和调谐性。

A Wave Absorbing Structure

【技术实现步骤摘要】
一种吸波结构
本专利技术属于吸波材料
，具体涉及一种吸波结构。
技术介绍
随着现代科技发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在机场飞机航班常因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院移动电话等干扰源常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，寻找能高效削弱电磁波辐射的吸波材料，已成为电磁污染治理等电磁防护
的一大课题。按材料成型工艺，吸波材料可分为涂覆型和结构型；而按损耗机制，吸波材料又可分为电阻型、电介质型及磁介质型。对于电阻型吸波材料，其损耗主要来源于电导损耗，导电载流子在材料内部定向漂移，形成传导电流，以热能的形式将入射的电磁波损耗掉，主要代表物质为炭系物质(如炭黑、石墨、碳纤维、纳米碳管等)、非磁性金属微粉、导电高分子等；对于电介质型吸波材料，其损耗主要来源于介质弛豫极化及谐振损耗，主要代表物质为陶瓷材料，如BaTiO3、金属氧化物、氮化铁、SiC、Si/C/N等；对于磁介质型吸波材料，其损耗主要来源于磁损耗，主要包括趋肤效应引起的涡流损耗、磁滞损耗和磁后效等引起的剩余损耗，主要代表物质为铁氧体、羰基铁、氮化铁、磁性金属粉末等。目前基于超材料的吸波材料技术研究也备受关注，超材料是指一类具有天然材料所不具备的超常电磁性质的人工复合结构或复合材料，2008年研究人员提出了超材料电磁波吸收器的概念，通过设计超材料的关键物理尺寸以构建电磁谐振结构，使电磁波产生耦合，从而对特定极窄频带内的电磁波实现高效吸收，但基于超材料设计的吸波材料必然受到超材料本身谐振特性的影响，带来作用频段窄、对波入射角度敏感等缺点，成为制约该类技术发展和应用的关键瓶颈技术。专利技术内容本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种吸波结构，该吸波结构可以抑制吸波特性对电磁辐射偏振角的敏感度，基频磁共振和三阶磁共振作用机制在在呈阵列状排布的多个超原子中形成局域化和非局域化等离子体波，这使得本专利技术的吸收结构同时具有两个吸收带，并且本专利技术吸波结构的吸收频带宽，吸收效率高，其光吸收特性的设计更具灵活性和调谐性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种吸波结构，包括支撑层和设置在支撑层上且呈阵列状排布的多个超原子，所述超原子由介质层和金属层自下至上周期性叠加形成圆台状结构。优选地，所述支撑层和介质层的材质相同，均为环氧玻璃或石英玻璃；所述金属层的材质为金、银、铜或铝。优选地，当吸波结构用于微波波段电磁辐射时，所述介质层的厚度为0.1mm～0.5mm；所述金属层的的厚度为0.01mm～0.1mm；介质层和金属层周期性叠加的层数为10层～50层；相邻超原子的中心线之间的距离为10mm～50mm；当吸波结构用于可见光或近红外波段电磁辐射时，所述介质层的厚度为20nm～50nm；所述金属层的的厚度为2nm～10nm；介质层和金属层周期性叠加的层数为3层～7层；相邻超原子的中心线之间的距离为300mm～500mm。本专利技术吸波结构的吸波原理为：当电磁辐射入射到吸波结构的表面时，电磁辐射将在超原子中引发表面等离子体效应，通过基频磁共振和三阶磁共振作用机制在呈阵列状排布的多个超原子中形成局域化和非局域化等离子体波，局域化和非局域化等离子体波二者均与介质层和金属层的材料和厚度以及相邻超原子的中心线之间的距离等参数密切相关。在吸波结构与周围空间实现阻抗匹配的条件下，该作用过程将使入射电磁辐射局域在二维的超原子阵列中，从而实现了对外来电磁辐射的强吸收效应。相对于传统的表面等离子体技术，本专利技术的吸波结构对入射电磁辐射的吸收过程本质上为“体等离子体”效应。本专利技术的吸波结构吸收频带宽，吸收效率高，同时可大大抑制吸波特性对电磁辐射入射角度的敏感度。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的吸波结构对入射电磁辐射的吸收过程本质上为“体等离子体”效应，可以抑制吸波特性对电磁辐射偏振角的敏感度。2、本专利技术的吸收结构利用基频磁共振和三阶磁共振作用机制在呈阵列状排布的多个超原子中形成局域化和非局域化等离子体波，这使得本专利技术的吸收结构同时具有两个吸收带，并且本专利技术的吸波结构吸收频带宽，吸收效率高。3、本专利技术的吸收结构的电磁辐射吸收特性与超原子的结构(如介质层和金属层的材料和厚度，以及相邻超原子的中心线之间的距离)以及超原子的空间分布密切相关，其光吸收特性的设计更具灵活性和调谐性。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术的吸波结构截面示意图。图2是本专利技术的吸波结构的俯视图。图3是本专利技术实施例1的吸波结构对微波波段电磁辐射的光谱吸收特性图。图4是当偏振角为30°时本专利技术实施例1的吸波结构吸收特性对电磁辐射偏振角的依赖性。图5是当偏振角为50°时本专利技术实施例1的吸波结构吸收特性对电磁辐射偏振角的依赖性。图6是是本专利技术实施例2的吸波结构对红外和可见光电磁辐射的光谱吸收特性图。图7是当偏振角为60°时本专利技术实施例2的吸波结构吸收特性对电磁辐射偏振角的依赖性。附图标记说明：1—支撑层；2—介质层；3—金属层；4—超原子。具体实施方式实施例1如图1和图2所示，本实施例的吸波结构包括支撑层1和支撑层1上呈阵列状排布的多个超原子4，所述超原子4从底部到顶部由介质层2和金属层3周期性叠加形成圆台状结构，所述支撑层1的材质为环氧玻璃FR-4，介电常数为4，厚度为2mm；所述介质层2的材质为环氧玻璃FR-4，厚度为0.182mm；所述金属层3的材质为铜,厚度为0.036mm；所述介质层2和金属层3周期性叠加的层数为29层；所述超原子4的底部直径为25mm，顶部直径为12mm；所述相邻超原子4的中心线之间的距离为24mm。当微波电磁辐射入射到本实施例的吸波结构的表面时，电磁辐射将在超原子中引发表面等离子体效应，通过基频磁共振和三阶磁共振作用机制在呈阵列状排布的多个超原子中形成局域化和非局域化等离子体波，这使得吸收结构同时具有两个吸收带，如图3所示本实施例的吸波结构用于微波电磁辐射时有两个吸收带，分别是低频吸收带3.93GHz～6.05GHz和高频吸收带11.64GHz～14.55GHz，在吸波结构与周围空间实现阻抗匹配的条件下，该作用过程将使入射电磁辐射局域在二维的超原子阵列中，从而实现了对外来电磁辐射的强吸收效应，本实施例的吸波结构吸波结构吸收频带宽，吸收效率高。本实施例的吸波结构对入射电磁辐射的吸收过程本质上为“体等离子体”效应，可以抑制吸波特性对电磁辐射偏振角的敏感度。如图4-5所示，当微波波段电磁辐射垂直入射到吸波结构表面时，以低频吸收带为例，电磁辐射偏振特性几乎不影响吸波结构整体的吸收效率。实施例2如图1和图2所示，本实施例的吸波结构包括支撑层1和支撑层1上呈阵列状排布的多个超原子4，所述超原子4从底部到顶部由介质层2和金属层3周期性叠加形成圆台状结构，所述支撑层1的材质为硅，厚度为100nm；所述介质层2的材质为硅，厚度为40nm；所述金属层3的材质为金，厚度为5nm；所述介质层2和金属层3周期性叠加的层数为4层；所述超原子4的底部直径为350mm，顶部直径为220mm；所述相邻超原子4的中心线之间的距离为400nm。当红外和可见光电磁辐射入射到本实施例的吸波结构的表面时，电磁辐射将在超原子中引发表面等离子体效应，通过基频磁共振和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸波结构，其特征在于，包括支撑层(1)和设置在支撑层(1)上且呈阵列状排布的多个超原子(4)，所述超原子(4)由介质层(2)和金属层(3)自下至上周期性叠加形成圆台状结构。

【技术特征摘要】
1.一种吸波结构，其特征在于，包括支撑层(1)和设置在支撑层(1)上且呈阵列状排布的多个超原子(4)，所述超原子(4)由介质层(2)和金属层(3)自下至上周期性叠加形成圆台状结构。2.根据权利要求1所述的一种吸波结构，其特征在于，所述支撑层(1)和介质层(2)的材质相同，均为环氧玻璃或硅；所述金属层(3)的材质为金、银、铜或铝。3.根据权利要求2所述的一种吸波结构，其特征在于，当吸波结构用于微波波段电磁辐射时，所述介质层(2)的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：康轶凡，周九茹，张利霞，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61