[发明专利]一种负磁导率超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种负磁导率超材料。

背景技术

目前在国际上，对磁导率已有大量研究，正磁导率已经比较成熟，但是目前社会急需负磁导率超材料，因此它的作用很大，因为他具有很特别的功能，有量子极化作用，可以对入射波产生极化，因此作用范围很大，如在医学成像领域中，能够加强电磁波的成像效果，还在透镜研究方面都有很大用处，有很好的应用前景，因此对负磁导是目前国内外研究的热点之一。

在工程实用中，磁导率通常都是指相对磁导率，为物质的绝对磁导率μ与磁性常数μ₀(又称真空磁导率)的比值，μ_r＝μ/μ₀，为无量纲值。通常“相对”二字及符号下标r都被省去。磁导率是表示物质受到磁化场H作用时，内部的真磁场相对于H的增加(μ＞1)或减少(μ＜1)的程度。但对于现有的自然界已存在的材料中，其μ都是大于0的。

超材料(metamaterial)，又称人工电磁材料，是一种能够对电磁产生响应的新型人工合成材料，如图1所示，由基板200和附着在基板200上周期性排布的人造微结构300组成。由于人造微结构300通常为金属线排布成的具有一定几何图形的结构，因此能够对电磁产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板200的电磁特性，具有特定的介电常数ε、磁导率μ或折射率n，而这些参数都是有关电磁波频率的函数，通常不为恒定值。现有的人造微结构300的几何形状为“工”字形或者近“凹”字形开口环。所述近“凹”字形开口环如图1所示，包括一矩形线框的一条直边上有断开而形成的矩形开口环和自断开的线框两端点向开口环内部垂直延伸的一对平行线。但这结构都不能实现磁导率μ明显小于0，通常在0～-0.5之间。只有通过设计具有特殊几何图形的人造微结构，才能使得该超材料在特定频段内达到磁导率μ值远小于0。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述磁导率不能明显小于0达到负磁导率特性的缺陷，提供一种在所需频段绝对值明显大于0值的负磁导率超材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种负磁导率超材料，包括非金属材料制成的基板和附着在基板上的多个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线，所述人造微结构包括近“凹”字形开口环和自所述近“凹”字形开口环的两末端点延伸的蛇形弯折部。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述近“凹”字形开口环包括一矩形线框的一条直边上有断开而形成的矩形开口环和自断开的所述线框的两端点向所述矩形开口环内部垂直延伸的一对平行线，所述近“凹”字形开口环的两末端点为所述一对平行线的末端点。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述两末端点上各连接有一蛇形弯折部，且两个所述蛇形弯折部对称设置。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述两个蛇形弯折部相向延伸。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述蛇形弯折部的拐角为直角或者圆角。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述蛇形弯折部的走线间距等于线宽。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述人造微结构在所述基板上成矩形阵列排布，且行间距和列间距均小于一入射电磁波波长的五分之一。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述基板由陶瓷、聚四氟乙烯或环氧树脂材料制成。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述人造微结构为铜线或者银线。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述人造微结构的材料为ITO、碳纳米管或者石墨。

实施本发明的负磁导率超材料，具有以下有益效果：采用本发明的人造微结构，能够明显提高超材料的负磁导率绝对值的最大值，从而强化负磁导率效果，以满足特定条件下对负磁导率值的要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的超材料的结构示意图；

图2是图1所示超材料的磁导率仿真效果图；

图3是本发明优选实施例的负磁导率超材料的结构示意图；

图4是图3所示负磁导率超材料的一个材料单元的结构示意图；

图5是第二实施例的人造微结构的示意图；

图6是第三实施例的人造微结构的示意图；

图7是具有图5所示人造微结构的负磁导率超材料的磁导率仿真效果图。

具体实施方式