[发明专利]一种超材料

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种超材料，特别是涉及一种介电常数及磁导率在较大范围内逐渐变化的超材料。

【背景技术】

超材料(metamaterial)是21世纪物理学领域出现的一个新的学术词汇，近年来经常出现在各类科学文献。超材料的三个重要特征包括：

(1)超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；

(2)超材料具有超常的物理性质(这种性质往往是自然界的材料中所不具备的)；

(3)超材料的性质往往不决定于构成材料的本征性质，而主要决定于其中的人工结构。

超材料是一种以人造微结构为基本单元并以特定方式进行空间排布的材料，且该材料是一种具有特殊电磁效应的新型材料，其电磁效应的特征是由其人造微结构的特征所决定。现有的超材料通常包括基材及附着在基材上的人造微结构。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。

而超材料的一种特殊电磁效应表现为该超材料的介电常数及磁导率。在自然界现有的材料中，由于材料的匀质性，通常一种材料的介电常数及磁导率均相同。而超材料的不同之处在于，通过改变人造微结构的几何形状、尺寸及其在基材上的分布来改变该超材料上各处的介电常数及磁导率。理论上，我们可以在超材料上实现介电常数及磁导率在任意范围内的超材料，然而，由于受到超材料基材尺寸及制备工艺的限制，现有技术的超材料很难做到介电常数及磁导率在较大的范围内逐渐变化，现有技术的超材料的介电常数及磁导率只能在较小的范围内实现连续，致使很多应用场合下，现有技术的超材料不能满足需求。

【发明内容】

为了提供能够实现介电常数及磁导率在大范围内逐渐变化的超材料，本发明提供了一种超材料，其中，该超材料包括至少一个超材料片层，所述至少一个超材料片层包括多个超材料子片层，每个所述多个超材料子片层具有一介电常数变化范围及一磁导率变化范围，并且所述多个超材料子片层中一个超材料子片层的介电常数的变化范围及磁导率变化范围与所述多个超材料子片层中其他超材料子片层中的至少一个的介电常数变化范围及磁导率变化范围部分重合。

在本发明的实施方式中，每个所述超材料子片层包括基材，所述多个超材料子片层所包括的多个基材选用至少两种不同的材料。

在本发明的实施方式中，所述多个基材选用陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料中的至少两种材料

在本发明的实施方式中，所述基材包括第一表面及第二表面，所述第一表面上附着有第一人造微结构，所述第二表面上附着有第二人造微结构。

在本发明的实施方式中，所述第一人造微结构响应于电场而在其上产生电量相等的正负电荷，由所述正负电荷形成的电偶极矩在所述第一方向上不变，在所述第二方向上逐渐变大或逐渐变小。

在本发明的实施方式中，所述正负电荷的电量在所述第二方向上逐渐变大或逐渐变小。

在本发明的实施方式中，所述正负电荷之间的距离在所述第二方向上逐渐变大或逐渐变小。

在本发明的实施方式中，所述第一人造微结构及第二人造微结构在第一方向上的几何尺寸相同，在第二方向上的几何尺寸逐渐变大或逐渐减小。

在本发明的实施方式中，所述第二人造微结构对磁场产生响应，所述第二人造微结构包括至少一条曲线或多条线段，所述至少一条曲线或多条线段构成开口环。

在本发明的实施方式中，所述开口环的大小在第一方向上不变，在第二方向上逐渐变大或逐渐变小。

在本发明的实施方式中，每个所述超材料子片层包括基材，所述基材包括第一表面，所述第一表面上附着有第一人造微结构及第二人造微结构。

在本发明的实施方式中，所述第一人造微结构响应于电场而在其上产生电量相等的正负电荷，由所述正负电荷形成的电偶极矩在所述第一方向上不变，在所述第二方向上逐渐变大或逐渐变小。

在本发明的实施方式中，所述第二人造微结构对磁场产生响应，所述第二人造微结构包括至少一条曲线或多条线段，所述至少一条曲线或多条线段构成开口环。

本发明提供的超材料，该超材料具有逐渐变化的介电常数及逐渐变化的磁导率。从而克服了在同一超材料子片层上实现较大范围内介电常数逐渐变化的困难并且结构清楚，加工工艺简单，满足了不同情况下对超材料介电常数及磁导率的要求。应用前景广阔。

【附图说明】

图1示出了根据本发明的超材料；