[发明专利]受金龟子甲壳螺旋结构启发的适应多种波及多功能仿生吸波超材料

说明书

本发明公开了一种受金龟子甲壳螺旋结构启发的适应多种波及多功能仿生吸波超材料，包括多个单元层，相邻层之间由基体间隔，每层分布着周期排列的结构单元。每层结构单元相对上一层的结构单元扭转一定角度，结构单元的周期尺寸小于15mm可调，每层基体厚度小于2mm可调。结构单元扭转之后产生严重的电磁波损耗，从而增强材料的微波吸收性能。结构单元的材质采用Fe、Co、Ni、Si、Al等五种元素配制而成的高熵合金，其对电磁波具有很强的介电损耗和磁损耗，并且具有优异的抗腐蚀的性能。基体材料采用弹性且具有多孔结构的泡沫材料，其在不影响周期单元的微波吸收性能同时，具有吸收声波、超声波、水波，弹性变形、抗冲击、防爆破等多种波适应性和多功能性。

技术领域

本发明涉及一种吸波超材料，特别是一种适应多种波及多功能的仿生螺旋手性超材料。

背景技术

现代社会高度发达的微波通讯技术为人类带来了便利，但同时也带来了电磁波污染，因此，研究人员研究了微波吸收材料来解决这一问题，但是传统平板型吸收材料的吸收性能有限，构造普通周期结构后形成超材料的性能虽比平板结构有所提高，但是如何进一步提高普通周期结构的吸收性能成为了微波吸收材料的瓶颈问题。而且，传统的微波吸收材料在海洋环境的器件中一直无法应用，比如：由于海洋环境具有强烈的腐蚀性，使得传统应用最广泛的羰基铁或其他纯铁微波吸收材料无法应用，非铁材料大多不具备磁性能，少数具备磁性能也与铁相距甚远，其微波吸收效果不佳，导致无法应用，因此开发出兼具优异的磁性能和耐腐蚀性能的微波吸收材料，成为了其能否在海洋环境中应用的决定性因素。而且，由于海洋波浪的冲击作用，微波吸收材料必须具有吸收水波和柔性抗冲击作用。而若用于一些海洋舰艇等器件中，则还需要具有吸收超声波的作用，原因是其在水面以上微波吸收材料可以避免雷达探测，但是当其潜没在水面以下时，由于海水对电磁波强烈的衰减作用，雷达不再起作用，这时需要吸收声波和超声波以避免声呐探测。并且其自身性质也决定了需要防爆破的性能。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，并根据金龟子甲壳螺旋结构模型，提出一种结构新颖，构思巧妙，加工简便的仿生螺旋手性超材料，通过构建仿生螺旋结构，其进一步增强了普通周期结构超材料的微波吸收性能，而且采用高熵合金制备结构单元，其在保持优异的磁性能从而保证微波吸收性能的同时，又具有很好的抗腐蚀性能。当结构单元与弹性泡沫基体结合时，材料又具备了吸收声波、超声波和水波的功能，实现了多种波的适应性。并且泡沫基体也保证了材料的抗冲击、弹性变形和防爆破功能。

本发明的技术解决方案是：一种受金龟子甲壳螺旋结构启发的适应多种波及多功能仿生吸波超材料，其特征在于：所述的材料总体包括多个单元层，所述单元层数大于或等于2层，相邻单元层之间由基体材料间隔，每个单元层上分布着具有一定形状并且周期排列的结构单元，每个结构单元上均存在不相连的两点和条形结构，其分别为在电磁场激励下的电偶极子和磁偶极子的等效结构，且同一层的结构单元上不相连的两点所连成的线段与条形结构平行；每一层的结构单元相对上一层的结构单元扭转一定角度，所述角度不包括90度或其整数倍的角度，扭转方向为顺时针或逆时针，扭转后相邻层的结构单元之间发生近场耦合作用，结构具有内在手性特征；结构单元的周期尺寸小于15mm可调，每层基体厚度小于2mm可调。

进一步地，在上述技术方案中，结构单元材质采用高熵合金，采用Fe、Co、Ni、Si、Al等五种元素配制而成，上述元素在整个高熵合金中的质量分数为：Fe(50％-60％)，Co(15％-20％)，Ni(10％-15％)，Si(5％-9％)，Al(1％-5％)。

进一步地，在上述技术方案中，高熵合金周期单元具有优异的软磁性能，同时对电磁波具有很强的介电损耗和磁损耗。

进一步地，在上述技术方案中，周期单元具有抗腐蚀的性能。

进一步地，在上述技术方案中，基体材料采用弹性且具有多孔结构的泡沫材料，孔直径小于500um可调。