【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合力学结构的3d打印全介质电磁人工结构功能材料的设计方法，属于人工结构功能材料。
技术介绍
1、人工结构功能材料可实现多种特性及相关调控，例如电磁、力学、热学、光电等，其结构精准的设计可以实现对多种性能的实现及调控。目前大部分的人工结构功能材料多数只能拥有某一种特性，复合力学结构的电磁人工结构功能材料可在实现对电磁特性调控的同时拥有较好的力学性能，此类材料属于复合型人工结构功能材料，有潜力广泛用于射频电路、天线、无线通信等工程系统。因此，简单、高效的设计方法在科研、工程、商业等众多领域有重要的意义，同时也是材料科学、电磁学等多个领域的研究热点之一。
2、目前，已经有多种关于人工结构功能材料的设计方法被报道，但大多含有金属材料。首先，对于含金属材料的人工结构功能材料通常在抗腐蚀、抗氧化、抗高温、抗高功率等方面不具优势，而介质材料恰好可弥补这些方面的不足，且具备相关优势，尤其是陶瓷材料在抗氧化、抗腐蚀、耐高温、耐高功率等方面较为出众。其次，对于大批量的介质制备、相关复杂结构的成型工艺等方面提出了严峻的考验，针对这样现状，可采用3d打印技术来代替传统的复杂工艺，相关介质直接使用3d打印技术成型，在快速制备的同时也能保证精度。
3、因此，如何在实现复合力学的电磁人工结构功能材料的基础之上，让此材料还拥有介质的优势属性并易于便捷、准确的加工对于相关领域的技术进步具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有人工结构功能材料存在的上述技术问题，
2、本专利技术的技术方法：
3、本专利技术的目的之一是提供一种复合力学结构的3d打印全介质电磁人工结构功能材料的设计方法，该方法包括以下步骤：
4、(1)选择满足3d打印制作工艺的介质材料；
5、(2)对介质材料的自身性能进行测试，并进一步选择在微波段相对介电常数为3～500，介电损耗为0.001～0.05的材料作为待优化介质材料；
6、(3)使用3d打印技术对待优化介质材料进行测试件制备，并进行测试；
7、(4)根据步骤(3)中所测得的材料性能参数，设计电磁谐振单元，并使用仿真软件对电磁特性进行仿真，进而对电磁特性进行优化；
8、(5)设计力学性能及结构，结构形状可为六边形蜂窝结构、三角形、立体晶胞结构或折纸结构等；
9、(6)将电磁结构和力学结构进行优化，优化出同时兼顾电磁调控性能和力学性能的电磁谐振单元的形状和尺寸，并使用3d打印技术进行实物制备，最后对实物进行电磁和力学性能测试。
10、进一步限定，(1)中介质材料为陶瓷或有机聚合物。
11、更进一步限定，陶瓷为氧化铝、氧化锆、钛酸锶钡或碳化硅陶瓷。
12、更进一步限定，有机聚合物为abs、pla、asa、petg、光敏树脂、tpu95a或pc。
13、进一步限定，(2)中可使用铁电、压电和介电性能测试系统，变温和变频介电测量系统，偏置电场下介电常数测量系统，压电系数和阻抗测量系统，耐压测试系统，材料组织结构分析和性能检测设备，热分析仪，x射线衍射分析仪，原子力显微镜，偏光显微镜，高分辨场发射扫描电镜，以及高分辨透射电镜，对介质材料的自身性能进行测试。
14、进一步限定，在(3)中使用波导对电磁参数进行测试
15、进一步限定，(4)中仿真软件cst、hfss或comsol。
16、进一步限定，(6)中实物制备可直接3d打印成型为结构形状，或者先打印生坯后加工成结构形状。
17、本专利技术的目的之二是提供一种基于上述设计方法得到的复合力学结构的全介质人工结构功能材料，该功能材料为蜂窝结构，蜂窝孔格形状为正六边形。
18、进一步限定，蜂窝孔格的外六边形的外接圆半径为5mm，蜂窝孔格的内六边形的外接圆半径为4mm。
19、本专利技术的目的之三是提供一种复合力学结构的全介质人工结构功能材料的应用，具体的应用于射频电路、天线和无线通信系统中。
20、有益效果：
21、本专利技术采用全介质材料基于3d打印技术制备复合力学性能和电磁调控特性的人工结构功能材料，利用全介质材料具备的丰富的调控手段，以及抗腐蚀、抗氧化、耐高温、耐高功率等环境特性，同时实现力学特性和电磁调控特性，有利于发展多功能人工结构功能材料的设计。此外，本专利技术设计的人工结构功能材料可采用3d打印技术加工，避免了介质材料传统制备及相关精度的工艺问题。
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1.一种复合力学结构的3D打印全介质电磁人工结构功能材料的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(1)中介质材料为陶瓷或有机聚合物。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，陶瓷为氧化铝、氧化锆、钛酸锶钡或碳化硅陶瓷。
4.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，有机聚合物为ABS、PLA、ASA、PETG、光敏树脂、TPU95A或PC。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(2)中使用铁电、压电和介电性能测试系统，变温和变频介电测量系统，偏置电场下介电常数测量系统，压电系数和阻抗测量系统，耐压测试系统，材料组织结构分析和性能检测设备，热分析仪，X射线衍射分析仪，原子力显微镜，偏光显微镜，高分辨场发射扫描电镜，以及高分辨透射电镜，对介质材料的自身性能进行测试。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(4)中仿真软件CST、HFSS或COMSOL。
7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(5)中实物制备可直接3D打印成型为结构形状，或者先打
8.一种基于权利要1～7任一项所述的设计方法得到的全介质人工结构功能材料，其特征在于，该功能材料为蜂窝结构，蜂窝孔格形状为正六边形。
9.根据权利要求8所述的全介质人工结构功能材料，其特征在于，蜂窝孔格的外六边形的外接圆半径为5mm，蜂窝孔格的内六边形的外接圆半径为4mm。
10.一种权利要求8所述的全介质人工结构功能材料应用，其特征在于，用于射频电路、天线和无线通信系统中。
...【技术特征摘要】
1.一种复合力学结构的3d打印全介质电磁人工结构功能材料的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(1)中介质材料为陶瓷或有机聚合物。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，陶瓷为氧化铝、氧化锆、钛酸锶钡或碳化硅陶瓷。
4.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，有机聚合物为abs、pla、asa、petg、光敏树脂、tpu95a或pc。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，(2)中使用铁电、压电和介电性能测试系统，变温和变频介电测量系统，偏置电场下介电常数测量系统，压电系数和阻抗测量系统，耐压测试系统，材料组织结构分析和性能检测设备，热分析仪，x射线衍射分析仪，原子力显微镜，偏光显微镜，高分辨场发射扫描电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李立扬，王甲富，屈绍波，闫明宝，冯明德，
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：
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