[发明专利]一种基于拓扑优化的宽频超材料吸波体的结构优化方法及其制备方法

权利要求书

1.一种基于拓扑优化的宽频超材料吸波体的结构优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)检测吸波材料的介电常数和磁导率；

2)设计一种由上层为小柱体，下层为平板的一种结构单元体，这种结构单元体作为超材料吸波体的周期性单元；

3)根据拓扑理论和电磁波极化特征，周期性单元的每一个上层小柱体进一步划分为两个以上更小的柱体组成；同时，这些更小的柱体，以周期性单元的Z轴为四次对称轴；

4)随机生成这些更小的柱体的长宽高和下层平板的长宽高，进行10进制到2进制的转换，得到结构的二进制编码，保存，记为个体，N个个体组成原始种群，N为正整数；

5)通过API接口，输入所得材料的介电常数、磁导率和原始种群数据；

6)把原始种群数据中的二进制编码解码，构建相应的结构，把材料的介电常数的磁导率导入到相应的构建结构的材料属性中，进行仿真，取得各个个体反射衰减与波频率的曲线；

7)把各个个体反射衰减与波频率的曲线记为原始种群的不同个体的适应度；

8)对原始种群数据，应用遗传算法进行选择、交叉、变异操作，生成新的结构参数的二进制编码，记为子代种群；

9)重复5)-7)步，保存曲线，记为子代种群的不同个体的适应度；

10)比较原始种群的不同个体的适应度和子代种群的对应个体的适应度；

11)选择波频率1-18GHz,反射衰减-10dB的最宽的吸波频带的个体，在把这些个体的数据组成新的原始种群，进行5)-10)步，直到原始种群和子代种群的适应度没变化为止；此时的原始种群数据为结构优化的宽频超材料吸波体的结构数据，对该数据二进制编码解码，构建相应的结构，即为结构优化的宽频超材料吸波体的结构。

2.一种通过权利要求1所述方法获得结构优化的宽频超材料吸波体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在高分子基体材料中添加吸波剂材料，分散均匀；

(2)根据上述方法获得的优化结构，利用增材方法或减材方法构建构优化的宽频超材料吸波体。

3.根据权利要求2所述的通过权利要求1所述方法获得结构优化的宽频超材料吸波体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述高分子基体材料为石蜡、环氧或硅橡胶。

4.根据权利要求2所述的通过权利要求1所述方法获得结构优化的宽频超材料吸波体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述吸波剂材料为单质磁性颗粒、铁氧体材料、多晶纤维、碳基类材料、纳米材料、等离子体材料、手性材料或导电高分子材料。

5.根据权利要求2所述的通过权利要求1所述方法获得结构优化的宽频超材料吸波体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述吸波剂材料为Fe、Co、Ni、FeSi、FeCo、Fe₃O₄、Co₃O₄、Fe纤维、Ni纤维、Co纤维、合金纤维、炭黑、碳纤维、SiC、石墨烯、碳纳米管、碳微米管、碳纳米线、碳纳米片、聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯。

6.根据权利要求2所述的通过权利要求1所述方法获得结构优化的宽频超材料吸波体的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述吸波剂材料和高分子基体材料的质量比为(0.1-9)：1。

7.根据权利要求2所述的通过权利要求1所述方法获得结构优化的宽频超材料吸波体的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述减材方法具体为：把步骤(1)所得的混合材料加温加压成型，然后减材。