[发明专利]三维结构超材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种超材料，尤其涉及一种三维结构超材料。

背景技术

超材料是近十年来发展起来的对电磁波起调制作用的一种新型人工材料，基本原理是人为设计材料的微结构（或称人造“原子”），让这样的微结构具有特定的电磁特性，从而由海量数目的微结构组成的材料宏观上可具有人们所需要的电磁功能。与传统材料技术根据自然界中已有材料的天然性质来开发电磁利用途径的传统材料技术不同，超材料技术是根据需要来人为设计材料的性质并制造材料。超材料一般是由一定数量的人造微结构附在具有一定力学、电磁学的基板上，这些具有特定图案和材质的微结构会对经过其身的特定频段的电磁波产生调制作用。

现有的超材料，例如公开号为“US7570432B1”的美国专利“METAMATERIAL GRADIENT INDEX LENS”，又如公开号为“US2010/0225562A1”的美国专利“BROADBAND METAMATERIALAPPARTUS，METHODS，SYSTEMS，AND COMPUTER READABLE MEDIA”，其都是通过将微结构附着于平板的基材上形成。平板状的超材料虽然带来了体积小、厚度薄的优点，但是又限制了超材料的应用范围。

当超材料需制成曲面时，曲面的微结构加工工艺难度较大且精确度不高，例如现有的申请号为“EP0575848A2”的欧洲专利，其公开了一种在三维曲面加工金属微结构的方法，具体实现方式为：采用激光探头曝光成像的方式一个一个地逐一蚀刻出微结构。此种方式加工成本和工艺精度控制成本均较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种加工工艺简单、电磁响应效果优良的三维结构超材料。

本发明解决其技术问题采用的技术方案为，提出一种三维结构超材料，其包括：至少一层成型基材、至少一层柔性功能层，所述柔性功能层设置于成型基材表面或者设置于多层成型基材之间；所述每层柔性功能层包括由至少一个柔性子基板构成的柔性基板以及设置于每个柔性子基板上的多个能响应电磁波的人造微结构；所述三维结构超材料具有电磁波调制功能。

进一步地，所述三维结构超材料包括至少两层所述柔性功能层和至少两层所述成型基材。

进一步地，所述三维结构超材料包括至少三层所述柔性功能层和至少三层所述成型基材。

进一步地，所述成型基材与所述柔性功能层间隔设置。

进一步地，每一柔性基板紧贴设置，柔性功能层紧贴于成型基材的表面。

进一步地，所述柔性基板是热塑性材料或加入柔性纤维的热塑性复合材料。

进一步地，所述柔性基板的材料为聚酰亚胺、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚芳酯、PET膜、PE膜或PVC膜。

进一步地，所述三维结构超材料可实现对电磁波进行透波、吸波、波束赋形、极化转化或方向图调制的电磁波调制功能。

进一步地，所述三维结构超材料可实现对电磁波进行频选透波、频选吸波、宽频透波或宽频吸波。

进一步地，所述三维结构超材料可实现对电磁波进行垂直极化转水平极化、水平极化转垂直极化、水平极化转圆极化或圆极化转水平极化。

进一步地，所述三维结构超材料可实现对电磁波进行波束发散、波束汇聚或波束偏折。

进一步地，所述三维结构超材料表面由至少两个可展开为平面的几何区域组成。

进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于100。

进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于80。

进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于50。

进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于20。

进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于10。

进一步地，所述柔性功能层包括多个柔性子基板，一个柔性子基板对应所述三维结构超材料表面展开后的一个平面。

进一步地，不同柔性子基板上的人造微结构的拓扑结构相同。

进一步地，不同柔性子基板上的人造微结构的拓扑结构不同。