一种超表面颗粒及其制作方法技术

本申请提供一种超表面颗粒及其制作方法。超表面颗粒具有三维立体结构，在所述三维立体结构的表面覆盖二维超表面；所述二维超表面包括柔性介质基底层，以及在所述柔性介质基底层上的金属层；所述金属层由多个相互连接的超表面单元构成，所述超表面单元具有指交结构图案，本申请超表面颗粒表现出比相同形状大小的金属薄膜制成的颗粒更强烈的散射，这种特性有助于在强散射环境中识别目标颗粒。同时，本申请的超表面颗粒在较低频率处表现出透明窗口，允许电磁波像透过空气般透过该超表面颗粒。另外，由于各超表面单元是连接在一起的整体，故在实现以上功能时，还可以兼做电极使用。还可以兼做电极使用。还可以兼做电极使用。

【技术实现步骤摘要】
一种超表面颗粒及其制作方法


[0001]本申请涉及超表面
，尤其涉及一种超表面颗粒及其制作方法。

技术介绍

[0002]超表面是一种人工二维周期性电磁材料，具有占用空间小、制作成本低、低电磁损耗率、易于集成和加工制作简单等优点。通过设计组成超表面的基本单元的结构及其空间分布规则，可以对电磁波的幅值、相位和极化等进行调控。
[0003]如何对超表面进行改进，使其兼具散射增强、透明窗口与导电性，是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本申请第一方面提供一种超表面颗粒，所述超表面颗粒具有三维立体结构，在所述三维立体结构的表面覆盖二维超表面；
[0005]所述二维超表面包括柔性介质基底层，以及在所述柔性介质基底层上的金属层；
[0006]所述金属层由多个相互连接的超表面单元构成，所述超表面单元具有指交结构图案。
[0007]在本申请的一些实施方式中，所述超表面颗粒的三维立体结构为立方体、长方体、圆柱、三棱柱或钻石型。
[0008]在本申请的一些实施方式中，所述柔性介质基底层的制作材料为聚酰亚胺PI。
[0009]在本申请的一些实施方式中，所述金属层的制作材料为金、银或铜。
[0010]在本申请的一些实施方式中，所述柔性介质基底层的厚度为0.05mm。
[0011]在本申请的一些实施方式中，所述金属层的厚度为0.035mm。
[0012]在本申请的一些实施方式中，所述超表面单元的形状为边长小于等于5mm的正方形。
[0013]本申请第二方面提供一种超表面颗粒的制作方法，包括：
[0014]提供整张二维超表面，所述二维超表面包括柔性介质基底层，以及在所述柔性介质基底层上的金属层；所述金属层由多个相互连接的超表面单元构成，所述超表面单元具有指交结构图案；
[0015]利用预设折纸方式将所述二维超表面折成三维立体结构，形成超表面颗粒。
[0016]本申请的超表面颗粒具有三维立体结构，在所述三维立体结构的表面覆盖二维超表面；所述二维超表面包括柔性介质基底层，以及在所述柔性介质基底层上的金属层；所述金属层由多个相互连接的超表面单元构成，所述超表面单元具有指交结构图案，本申请超表面颗粒表现出比相同形状大小的金属薄膜制成的颗粒更强烈的散射，这种特性有助于在强散射环境中识别目标颗粒。同时，本申请的超表面颗粒在较低频率处表现出透明窗口，允许电磁波像透过空气般透过该超表面颗粒。另外，由于各超表面单元是连接在一起的整体，故在实现以上功能时，还可以兼做电极使用。
附图说明
[0017]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0018]图1示出了本申请提供的超表面单元的结构示意图；
[0019]图1A示出了本申请提供的一种超表面颗粒的结构示意图；
[0020]图2示出了本申请无限大超表面在电磁波垂直入射时的透反射系数仿真结果图；
[0021]图3示出了本申请超表面相对铜箔在(a)2.4GHz和(b)8.0GHz时的S21实验结果图；
[0022]图4中(a)为本申请提供的超表面颗粒和相同的铜箔折纸立方体颗粒的Total RCS仿真结果图；(b)为仿真得到的超表面颗粒在Total RCS取得最大值和最小值的频点时的散射方向图；(c)为实验得到的超表面颗粒与相同的铜箔折纸立方体在正面和侧面的电场比值结果图；
[0023]图5示出了本申请提供的超表面颗粒的制作方法的流程图。
具体实施方式
[0024]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0025]本申请实施例提供一种超表面颗粒及其制作方法，下面结合附图进行说明。
[0026]本申请提供一种超表面颗粒，所述超表面颗粒具有三维立体结构，在所述三维立体结构的表面覆盖二维超表面。
[0027]本申请所指的超表面颗粒是指中空的三维立体颗粒，颗粒表面覆盖一层超表面薄膜，超表面薄膜即是上述二维超表面。所述超表面颗粒的三维立体结构可以为立方体、长方体、圆柱、三棱柱或钻石型等，当然也可以是其它立体形状，本申请对此不做限定。
[0028]具体的，所述二维超表面包括柔性介质基底层，以及在所述柔性介质基底层上的金属层。所述金属层由多个相互连接的超表面单元构成，所述超表面单元具有指交结构图案，如图1所示。多个相互连接的超表面单元可以是相互紧密排列的，也可以是通过金属连接在一起的，本申请对此不做限定。
[0029]一般情况下，金属层的等离子体谐振频率较高，指交结构是通过在金属层单元内挖槽，形成大量的电容结构。在有限小的周期p(如边长为5mm)内，大大增加电容值，从而降低等离子体谐振频率，在较低频率处实现等离子体效应(该频率处实现比金属薄膜颗粒更强的散射)。并且由于周期比较小，避免了高阶衍射的存在，实现很好的性能。同时由于大部分结构是连接在一起的，故具有导电性。
[0030]以上为本申请的超表面颗粒能够实现散射增强的原因：指交结构图案增加电容能够实现低频等离子体效应。
[0031]本申请的超表面颗粒能够实现高频透明效应的原因：指交结构图案在高频处(如9.3GHz)的阻抗与空气阻抗匹配良好，故能够以较高透射系数透过电磁波。
[0032]本申请的超表面颗粒能够实现低频反射的原因：由于超表面上各指交结构图案是
连接在一起的金属网状结构，对于低频电磁波，该结构像是一个金属平面，产生电磁屏蔽效果，入射波几乎全反射回去。
[0033]本申请的指交结构图案可以同时实现以上三点：即同时做到散射增强，高频透明，以及低频以较高反射系数反射电磁波。
[0034]优选的，所述超表面单元的形状(即指交结构图案)为边长小于等于5mm的正方形。例如，当超表面颗粒为立方体时，立方体的每一个面可以是一个如图1所示的指交结构图案，立方体的每一个面也可以是四个如图1所示的指交结构图案。如图1A所示为每一面包含四个如图1所示指交结构图案的立方体超表面颗粒。
[0035]当然也可以是满足要求的其它图案：尽量实现金属部分全连接的；小周期内的指交结构(以增加电容)。值得一提的是，满足这两个条件的结构不一定能够实现高频透明窗口，因为透明窗口要求此频率处的阻抗与空气阻抗匹配。
[0036]具体的，所述柔性介质基底层的制作材料可以为聚酰亚胺PI，所述金属层的制作材料可以为金、银或铜等，其它符合制作要求的材料也可以，本申请对此不做限定。优选的，所述柔性介质基底层的厚度为0.05mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超表面颗粒，其特征在于，所述超表面颗粒具有三维立体结构，在所述三维立体结构的表面覆盖二维超表面；所述二维超表面包括柔性介质基底层，以及在所述柔性介质基底层上的金属层；所述金属层由多个相互连接的超表面单元构成，所述超表面单元具有指交结构图案。2.根据权利要求1所述的超表面颗粒，其特征在于，所述超表面颗粒的三维立体结构为立方体、长方体、圆柱、三棱柱或钻石型。3.根据权利要求1所述的超表面颗粒，其特征在于，所述柔性介质基底层的制作材料为聚酰亚胺PI。4.根据权利要求1所述的超表面颗粒，其特征在于，所述金属层的制作材料为金、银或铜。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王作佳，陶杰，唐鹏，杨昊晨，陈红胜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：