一种基于SLA光固化3D打印的宽带吸波超材料及制备方法技术

本申请公开了一种基于SLA光固化3D打印的宽带吸波超材料及制备方法；属于人工电磁超材料吸波领域。所述基于SLA光固化3D打印的厘米波段宽带吸波超材料制备方法，包括以下步骤：(1)首先借助SLA光固化3D打印技术获得一块大面积的双曲线柱状聚合物模板和一块平整聚合物模板；(2)在此模板上通过磁控溅射技术覆盖金属Au层于3D打印模板上；(3)最后通过腐蚀液腐蚀等方案去掉模板上多余的Au即可获得双曲线柱状厘米波段吸波超材料。本申请所述结构使用单一光敏树脂材料及金属Au层实现宽带吸波，不仅避免了传统多层宽带吸波体多层镀膜的加工困难，而且简化了多层吸波结构层间的参数设计，降低了制造难度。降低了制造难度。降低了制造难度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SLA光固化3D打印的宽带吸波超材料及制备方法


[0001]本申请涉及一种吸波材料的制备方法，尤其涉及一种基于SLA光固化3D打印双曲型厘米波段宽带吸波超材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子科学技术的快速发展，电磁吸波超材料的应用范围越来越广，在战斗机、导弹、舰艇、消费电子、通讯、建筑、医院、民用机场等领域具有重要应用价值。人们对吸波材料的吸波性能的要求日益提高，寻求设计具有高吸收率、轻薄、稳定性强的吸波超材料的制备方法成为研究的热点和重点。而传统型的吸波器由于多层结构的设计存在厚度重量大、稳定性较差、耗材等问题，且多层镀膜的加工困难、多层结构层间参数设计较为麻烦，受到制造挑战和设计复杂性的影响。
[0003]目前微纳超材料器件主要依赖聚焦离子束刻饰、电子束刻饰、光刻技术、纳米压印等设备进行制备。但诸如此类的超材料制备技术不仅样品加工速率慢成本高，而且超材料层与层之间的粘合以及机械性能很低。

技术实现思路

[0004]本申请的主要目的是提供基于SLA光固化3D打印双曲型厘米波段宽带吸波超材料制备方法，旨在降低吸波超材料的制造难度以及结构设计复杂性，实现对厘米波段的高吸收。
[0005]本专利技术中一种基于SLA光固化3D打印的双曲型厘米波段宽带吸波超材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、借助SLA光固化3D打印技术获得一块大面积的具有双曲型柱状凸起结构的聚合物模板，以及一块相同长宽的平整聚合物模板；
[0007]步骤二、通过磁控溅射技术在步骤一获得的具有凸起结构的聚合物模板正反面覆盖金属材料；
[0008]步骤三、然后在步骤二获得的基础模型上使用腐蚀液腐蚀多余金属，形成顶部有金属层的双曲型厘米波段吸波超材料模板；再将所得模板与步骤一中平整的聚合物模板叠放并固定。
[0009]进一步限定，步骤一所述的双曲型凸起模板，底部厚度4mm，凸起高度2mm，双曲顶部宽度14mm，矩形横条宽度16mm；平整模板厚度为4mm。
[0010]进一步限定，步骤二所述的金属材料为金(Au)。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]结合SLA光固化3D打印，使用单一光敏树脂和金属材料，且简化了多层结构层间的参数设计，降低了制造难度。
[0013]该设计在厘米波段表现出明显的宽度吸波响应，CST电磁模拟仿真可得该设计吸波率在21.4GHz
‑
27.6GHz波段吸收率可达80％以上。
附图说明
[0014]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0015]图1是双曲型吸波体的3维结构图；
[0016]图2是双曲型吸波材料单胞结构侧视图，如图：上下基板厚度Sh＝4mm，双曲型凸起高度2mm，元胞边长20mm，双曲型凸起及底部为金属Au材料覆盖层；
[0017]图3是双曲型吸波材料单胞结构底层及中间层俯视图，具体形状参数如图所示；
[0018]图4是仿真所得双曲型模拟结构；
[0019]图5是3D打印双曲型凸起聚合物模板及平整模板；
[0020]图6是双曲型凸起结构结构的仿真吸收曲线；
[0021]图7是在3D打印双曲型凸起上及基板底部覆盖金属Au材料，与平整模板堆叠固定后，形成带有基板部分的双曲型厘米波段宽带吸波超材料模拟图；
[0022]图8是基于SLA光固化3D打印双曲型厘米波段宽带吸波超材料空间几何体结构示意图；
[0023]图9是SLA光固化3D打印吸波超材料的制作过程实物图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术实施的方法及技术方案更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案，性能指标进行更加详细的描述。
[0025]如图1所示，使用金属作为导体层，光敏树脂材料作为介质层，吸波体由大面积介质层和上面覆盖的金属层组成。由此本申请在设计吸波整体结构时只使用一种光敏树脂材料，只在相应区域覆盖金属Au层，不用多层镀膜，同时也不用考虑每层厚度的影响。
[0026]图4
‑
图7是基于SLA光固化3D打印的双曲型厘米波段宽带吸波超材料3D打印技术路线图，该宽带吸波超材料的制备方法为：
[0027](1)借助SLA光固化3D打印技术获得大面积的双曲型凸起聚合物模板和平整模板；
[0028](2)通过磁控溅射技术在步骤一获得的凸起模板顶部和底部覆盖金属(Au)层；
[0029](3)使用腐蚀液腐蚀掉凸起模板凸起根部的金属层。
[0030](4)将上述所得两块模板叠放并加固。
[0031]步骤(1)中双曲型凸起聚合物模板元胞参数：如图2所示，元胞基板边长20mm，基板厚度4mm，凸起结构高度2mm；如图3所示，其中双曲型凸起顶部长度14mm，曲线方程为Y2
‑
X2＝1；矩形凸起长度16mm，宽度1mm；元胞呈矩形阵列排布，横向周期与纵向周期均为20mm。
[0032]步骤(2)中仿真中Au膜的厚度不会对吸收谱线产生影响，所以除开磁控溅射镀膜方式外，可以采用其他适用的镀膜方式。同时，考虑到步骤(3)中会使用腐蚀液腐蚀底板凸起侧多余的Au层，应该先对凸起侧进行镀膜和腐蚀，待该侧Au层成型稳定之后再对另一侧进行镀膜。
[0033]步骤(4)中涉及到两块板的叠放，从设计的角度应该在板间添加支撑结构，但在实际制造中，板间凸起结构完全可以做到支撑作用，并且整体具有较好的结构稳定性。
[0034]为了对吸波体的吸波能力进行测试验证，对图1所示的结构实施了三维频域积分(CST)模拟平面波从
‑
z方向入射。x和y方向均采用周期性边界条件,z方向采用开放域边界条件。CST频域求解器模拟仿真发现该结构在21.4GHz
‑
27.6GHz范围内吸收率达到80％以
上，如图6曲线所示。
[0035]如图8
‑
9所示，在电磁仿真软件CST中对宽带吸波超材料进行3D建模，随后在SLA光固化3D打印机中对模型进行打印，实物打印过程如图9所示。
[0036]由此可见，本实施例所述超材料吸波结构具备优异的吸波性能及宽带吸波优点，这是由于在每个元胞内都有四个独立的金属单元，可以产生多个模式的电磁谐振；同时元胞之间也会发生电磁谐振，从而形成多个吸收曲线，叠加实现宽频带吸收。
[0037]本申请所述吸波体整体结构使用同一光敏树脂材料，同时在双曲型凸起顶部和基板底部覆盖金属Au层，可以使结构的吸波能力最大化。
[0038]综上所述，本申请具有可设计性，制备工艺简单，生产成本低，适用于大面积的超表面结构的实际制造。
[0039]虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本专利技术，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本专利技术的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SLA光固化3D打印的宽带吸波超材料制备方法，其特征在于，所述的制备方法是靠如下步骤完成的：步骤一：借助SLA光固化3D打印技术获得具有双曲型柱状凸起结构的聚合物模板，以及相同长宽的平整聚合物模板；步骤二：通过磁控溅射技术在步骤一获得的具有凸起结构的聚合物模板正反面覆盖金属材料，从而获得基础模型；步骤三：在步骤二获得的基础模型上使用腐蚀液腐蚀多余金属，形成顶部有金属层的双曲型厘米波段吸波超材料模板；再将所得双曲型厘米波段吸波超材料模板与步骤一中的平整聚合物模板叠放并固定。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤一所使用的SLA光固化3D打印技术中所使用的墨水材料为光敏树脂，100GHz的频率下，其介电常数ε＝2.6+j0.0837；200GHz的频率下，其介电常数ε＝2.5+j0.05718。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤二所得的两块聚合物模板具有如下结构特征：双曲型聚合物模板元胞参数：元胞基板边长20mm，基板厚度4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈南锜，张庆，杨元杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：