[发明专利]金属谐振型太赫兹超材料的制造方法、超材料及吸波器

说明书

本发明公开了一种金属谐振型太赫兹超材料的制造方法、金属谐振型太赫兹超材料及吸波器，方法包括以下步骤：三维建模金属谐振型太赫兹超材料的微结构，其特征尺寸小于太赫兹波长，所述微结构包括设在上表面的开口以及与所述开口连通的槽和/或腔；切片所述微结构，经由3D打印机打印生成由所述微结构构成的金属谐振型太赫兹超材料的三维结构；所述三维结构浸没到装有金属粉末的容器中，在增压环境下振动所述容器使得金属粉末经由开口填充三维结构的槽和/或腔；刮除三维结构表面的金属粉末；在三维结构上表面涂胶以封闭所述开口，生成金属谐振型太赫兹超材料。

技术领域

本发明属于太赫兹超材料技术领域，特别是一种金属谐振型太赫兹超材料的制造方法、金属谐振型太赫兹超材料及吸波器。

背景技术

太赫兹(Terhertz，THZ)波通常是指电磁波谱上位于红外辐射和微波之间的电磁波辐射，波长范围为0.03mm～3mm，频率范围为100GHz～10THz，其在电磁波谱上的位置介于微波与红外波段之间。虽然大自然中太赫兹辐射源随处可见，但由于缺少有效的源发射太赫兹波，并且对太赫兹波的探测也缺乏有效的手段和设备，因此太赫兹波曾一度成为电磁波谱中不为人所知的空白。太赫兹波具有能量低、传透性好、大带宽等优良特性。基于这些特性，太赫兹波在频谱学、宽带通信、医学成像、环境监测、安全扫描与国防军事等诸多领域展示出极大的应用潜力。

人工微结构可以改变电磁波传输过程中的电磁参数空间分布，从而有效操控电磁波的传输与局域，超材料是一种单元结构尺度小于工作波长的人工周期结构，具有自然材料所不具备大的超常规物理特性，如负折射率、逆多普勒效应等，其电磁性质主要取决于其单元结构，而不是取决于材料的本征属性，通过调整亚波长单元结构的几何参数可以实现对介电常数和磁导率的人工控制。超材料根据结构材料可以分为两大类：金属谐振型和电介质型。

目前已取得的超材料研究成果多以二维超材料结构为主，这些结构虽然获得了负折射率、电磁隐身等超常规物理性能，但仍存在诸多不足，难以满足实际使用条件，如二维形态的超材料难以适用于复杂、多样的使用需求，难以实现三维空间内电磁波特定传播路径控制，同时二维超材料结构往往还伴随非均匀性、各向异性、极化敏感、工作频带窄等问题。为了克服二维超材料所存在的不足，拓展超材料的应用范围，越来越多的研究者将目光转向三维超材料。

现有技术中，三维超材料制造过程：在基底上沉积薄膜；在薄膜上光刻图案；将器件放置到相应溶液中蚀刻出腔体；不同方向进行定向蒸发，将金蒸发沉积到腔体表面；将器件放置到相应溶液中去除薄膜，得到三维超材料结构。或者，金薄膜沉积到覆盖有光刻胶的硅基底上；平板放入溶液中使金薄膜和硅基底中间的光刻胶溶解，将金薄膜分开；用一铜框将金薄膜从溶液中取出；使用聚焦离子束对金薄膜进行切割；使用原位聚焦离子束注入使切割出的形状发生折叠。最终得到三维超材料结构。

可以看出，现有金属谐振型三维超材料的制造过程复杂，采用了镀膜、光刻、蚀刻、沉积、定向蒸发、离子束切割等高要求技术。对所制造的三维超材料的几何形状限制较大，且制造成本较高。在上述常用的超材料的制造方法中，印制电路板技术和光刻技术以及相关MEMS制造工艺在制造三维微纳结构时有很大的局限性，往往需要采用复杂且高成本的工艺手段才能得到三维结构。采用机械加工方式可制造出诸多三维超材料器件，但是其加工能力往往难以满足微观或宏观结构较为复杂的超材料单元阵列的加工需求，此外机械加工所制造的微结构单元完成后常需进行手工组装，在一定程度上会降低加工精度，影响产品性能。3D打印工艺无法实现多种材料结构的同步制造，限制了三维超材料结构设计空间。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种金属谐振型太赫兹超材料的制造方法及其材料和吸波器。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种金属谐振型太赫兹超材料的制造方法包括以下步骤：