各向同性的超材料制造技术

本发明专利技术涉及一种各向同性的超材料，其特征在于，所述超材料包括基材和附着在所述基材上的多个人造微结构，每一人造微结构与其附着的部分基材构成一单元格，每一人造微结构在其相应的单元格范围内叠加得到的图形为二维或三维的90度旋转对称图形。根据本发明专利技术的各向同性的超材料，能够实现现有的各向异性的超材料所不能达到的功能效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，尤其涉及一种各向同性的超材料。
技术介绍
超材料是ー种以人造微结构为基本単元并以特定方式进行空间排布的具有特殊电磁响应的新型材料，其对电磁响应的特征是由其人造微结构以及附着的基材的特征共同決定。其中人造微结构的电磁响应很大程度上取决于人造微结构的拓扑特征与单元格尺寸。在超材料中每个人造微结构所处的尺寸取决于人造结构需要响应的电磁波频率，通常人造微结构的尺寸为所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中由人造微结构所组成的排列在空间中则不能被视为连续。超材料包括人造微结构和附着基材，该基材对人造结构起到支撑作用，因此可为 任何与人造微结构不同的材料，这两种材料的叠加会在空间中产生ー个等效介电常数与磁导率，而这两个物理參数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。因此超材料人造微结构的设计是超材料领域最关键的环节。现有的超材料往往是各向异性的，因此其功能将有局限性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，由于结构的不对称性特点，现有的超材料往往都是各向异性的，本专利技术通过对超材料每ー单元格中的人造微结构的排列在ニ维或三维的上实现各向同性的性能。本专利技术为解决其技术问题采用技术方案是一种各向同性的超材料，所述超材料包括基材和附着在所述基材上的多个相同的人造微结构，每ー人造微结构与其附着的部分基材构成ー单元格，每ー人造微结构在其相应的单元格范围内叠加得到的图形为ニ维或三维的90度旋转对称图形。进ー步地，所述基材由多个相互平行的片状基板堆叠而成。进ー步地，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、离子刻或激光三维加工エ艺附着在所述基材上。进ー步地，所述基材由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料制成。进ー步地，所述人造微结构由多个呈各向异性的微结构单元叠加得到。进ー步地，每个所述微结构单元本身为ニ维或三维的非90度旋转对称图形。进ー步地，所述人造微结构由四个呈各向异性的相同的微结构単元通过相互旋转90度布置叠加得到。进ー步地，每个所述微结构单元呈I字形结构、L字形结构、弯折线结构、开ロ谐振环结构或者电谐振环结构。进ー步地，每个所述微结构单元为开ロ谐振环的衍生结构，其由开ロ谐振环及T字形结构组成。进ー步地，所述每一人造微结构所具有的微结构単元附着在同一単元格的ー个表面上，或者同一単元格的相对两个表面上。进ー步地，所述每一人造微结构所具有的微结构単元附着在相邻的两个单元格上的相邻的两个表面上。实施本专利技术的各向同性的超材料，具有以下有益效果本专利技术通过在基材上附着金属丝构成的人造微结构，在一定应用场合下可以实现常规材料所无法实现的特殊功能。附图说明图I是本专利技术所提供的各向同性的超材料的结构示意图；图2是本专利技术第一实施例的单元格结构示意图； 图2a是本专利技术I形人造微结构示意图；图2b是图2a所示的I形结构的第一个电磁响应曲线图；图2c是图2a所示的I形结构的第二个电磁响应曲线图；图2d是图2所示的单元格的电磁响应曲线图；图3是本专利技术第二实施例的单元格结构示意图；图4是本专利技术第三实施例的单元格结构示意图；图5是四个弯折线微结构単元所组成的人造微结构的结构示意图；图6是四个开ロ谐振环微结构单元所组成的人造微结构的结构示意图；图7是四个电谐振环微结构单元所组成的人造微结构的结构示意图；图8是四个开ロ谐振环的衍生结构微结构单元所组成的人造微结构的结构示意图；图9是本专利技术第四实施例的単元格结构示意图。具体实施例方式超材料是ー种以人造微结构为基本単元并以特定方式进行空间排布、具有特殊电磁响应的新型材料，包括由具有一定图案形状的金属丝构成的人造微结构和人造微结构所附着的基材，这两种材料的叠加会在空间中产生ー个等效介电常数与磁导率，这两个物理參数分别对应了材料整体的电场响应与磁场响应。超材料对电磁响应的特征是由人造微结构的特征所决定，而金属结构单元的电磁响应很大程度上取决于其人造微结构的图案所具有的拓扑特征和单元格尺寸。通常人造微结构采用金属微结构，而基材则采用非金属制成。这里的单元格是指超材料中的基本结构单元，其包括ー个人造微结构及其所占据的部分基材。単元格尺寸取决于人造微结构需要响应的电磁波频率，通常人造微结构的尺寸为所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中由人造微结构所组成的排列在空间中不能被视为连续。本专利技术中，运用以上超材料的基本原理，通过人造微结构与基材的组合设计出一种超材料，特别是ー种各向同性的超材料。如图I所示，本专利技术的超材料包括基材I和附着在基材I上的多个相同的人造微结构2，每ー人造微结构2与其附着的部分基材B构成ー単元格10 (图中的每个小方块)，每ー人造微结构2在其相应的单元格10范围内叠加得到的图形为ニ维或三维的90度旋转对称图形，从而得到各向同性的単元格。整个超材料可以看成是由多个这样的単元格10组成，从而得到整体成各向同性的超材料。本专利技术的所述人造微结构2由多个呈各向异性的微结构单元20叠加得到。每个所述微结构单元20本身为ニ维或三维的非90度旋转对称图形。对于平面结构的人造微结构2，这里的各向同性，是指对于在该ニ维平面上以任ー角度入射的任一电磁波，上述人造微结构2在该平面上的电场响应和磁场响应均相同，也即介电常数和磁导率相同；对于三维结构的人造微结构2，各向同性是指对于在三维空间的任一方向上入射的电磁波,每个上述人造微结构2在三维空间上的电场响应和磁场响应均相同。当人造微结构2为90度旋转对称结构时，人造微结构2即具有各向同性的特征。对于ニ维平面结构，90度旋转对称是指其在该平面上绕ー垂直于该平面且过其对称中心的旋转轴任意旋转90度后与原结构重合；对于三维结构，如果具有两两垂直且共交点的3条旋转轴，使得该结构绕任ー旋转轴旋转90度后均与原结构重合或者与原结构以一分界面对称，则该结构为90度旋转对称结构。 相应地，如果人造微结构2不满足平面或三维的90度旋转对称(非90度旋转对称)，则其是各向异性(同样有ニ维的各向异性与三维的各向异性)。其中，如图I所示，所述基材I由多个相互平行的片状基板11堆叠而成。作为基材I可以选用陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者半导体制成。具体到高分子材料，可以是环氧树脂、聚四氟こ烯、FR-4复合材料或F4-b复合材料等。在基材I上附着人造微结构的制造エ艺有多种，如蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子亥IJ、离子刻或激光三维加工等エ艺，其中蚀刻的制造エ艺在ニ维平面上制造微结构的步骤可以是在设计好合适的人造微结构2的平面图案后，先将ー张金属箔片整体地附着在基材I上，然后通过蚀刻设备去除掉预设的人造微结构2图案以外的箔片部分，余下的即可得到阵列排布的人造微结构。三维加工エ艺可以是三维激光加工。实施例一如图2所示，本实施例中(以I字形为例)，所述每一人造微结构2所具有的微结构单元20附着在同一単元格10的同一个表面SI上。所述人造微结构2通过两个正交的I字形微结构単元20共中心点组成。所述人造微结构2在上述的SI表面所在的平面内为旋转90度对称图形，从而在SI表面所在的平面内表现为各向同性。如图2a所示为I字形图案的结构示意图,对应參数为w = 0. 2mm, a = 2. 3mm,b =I. 04mm，单个的I形结构在两个90度正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种各向同性的超材料，其特征在于，所述超材料包括基材和附着在所述基材上的多个相同的人造微结构，每ー人造微结构与其附着的部分基材构成一単元格，每ー人造微结构在其相应的单元格范围内叠加得到的图形为ニ维或三维的90度旋转对称图形。2.根据权利要求I所述的各向同性的超材料，其特征在于，所述基材由多个相互平行的片状基板堆叠而成。3.根据权利要求I所述的各向同性超材料，其特征在于，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、离子刻或激光三维加工エ艺附着在所述基材上。4.根据权利要求I所述的各向同性的超材料，其特征在于，所述基材由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料制成。5.根据权利要求I所述的各向同性超材料，其特征在于，所述人造微结构由多个呈各向异性的微结构单元叠加得到。6.根据权利要求5所述的各向同性的超材料，其特征在于，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，王今金，徐冠雄，赵治亚，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：