[发明专利]基于菱形基元的双层异质序构微波红外兼容超材料

说明书

本发明公开了一种基于菱形基元的双层异质序构微波红外兼容超材料，其包括上下两层，两层均由菱形基元组成，底层基元按照准周期序构形式排列，顶层基元可按周期或准周期序构形式排列，基元形状为菱形凸起。底层菱形基元的功能为进行微波吸收，其可以比同种成分比例及相同厚度的平板和周期序构吸波材料性能更好。顶层基元的功能为增强微波吸收的同时反射红外波，其可以在兼容底层微波吸收性能的同时降低材料的红外发射率。底层的菱形基元分为大小两种。底层菱形基元材质为具有微波吸收性能的粉体与树脂的混合体，顶层菱形基元材质为具有较高电导率的金属或非金属材料。

技术领域

本发明涉及一种兼容两个频段电磁波的超材料，特别是一种基于菱形基元的双层异质序构微波红外兼容超材料。

背景技术

微波技术为人类提供了通信、卫星定位、雷达探测方面的便利，但同时也带来了新的问题。如微波的广泛应用使其成为了新的污染源，对人类的身体健康造成不利影响，因此需要开发新型微波吸收材料以解决上述问题。微波吸收材料在具体应用时，其集成化的趋势要求材料可以在尽可能薄的厚度下获得较宽的电磁波吸收带宽，因此，如何在不增加材料厚度的情况下，提高吸收带宽，是微波吸收材料应用的重要问题。而且，微波吸收材料在应用时，会受到自然界红外线的辐射，一般微波吸收材料对红外波段的电磁波吸收能力也较强，造成其在使用时容易吸收太阳辐射的红外线而发热，导致设备故障率提升而不利于器件使用。而且，当微波吸收材料用于隐身领域时，需要材料吸收微波而避免雷达探测，又需要材料反射红外波而避免红外探测器追踪。这两方面性能难以兼容在同一材料中，制约了兼容材料的发展。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构新颖，构思巧妙，加工简便的基于菱形基元的准周期序构超材料，通过两层叠加的方式，实现两个频段的兼容性能。底层构建菱形基元进行准周期序构排列，其可以比相同成分比例及相同厚度的平板和周期序构吸波材料吸收性能更好。顶层序构材料可以实现在增强底层吸波性能的同时，降低红外发射率。

本发明的技术解决方案是：一种基于菱形基元的双层异质序构微波红外兼容超材料，其特征在于：所述的材料总体包括两层，相邻层之间由胶粘材料粘结，两层均由菱形基元构成，底层基元按照准周期序构形式排列，基元形状为菱形凸起，菱形边长范围0.1mm-50mm之间可调，相邻菱形边缘之间间隔距离0.1mm-10mm之间可调，菱形厚度0.1mm-10mm之间可调；顶层基元可按周期或准周期序构形式排列，基元形状为菱形凸起，菱形边长范围0.1μm-50mm之间可调，相邻菱形边缘之间的间隔距离0.01μm-10mm之间可调，菱形厚度0.01μm-100μm之间可调。底层菱形基元的功能为进行微波吸收，其可以比相同成分比例及相同厚度的平板和周期序构吸波材料性能更好。顶层基元的功能为增强微波吸收的同时降低材料的红外发射率。

底层菱形基元材质为具有微波吸收性能的粉体与树脂的混合体，顶层菱形基元材质为具有较高电导率的金属或非金属材料。

进一步地，在上述技术方案中，所述具有微波吸收性能的粉体选自石墨烯、碳纳米管、羰基铁粉、铁氧体；所述树脂为有机树脂，选自聚氨酯、环氧树脂；所述具有较高电导率的金属或非金属材料选自铝、铜、氧化铟锡(ITO)。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本种基于菱形基元的准周期序构超材料，首次采用准周期基元序构提高微波吸收性能，相比于周期结构，准周期的局域对称性和全局对称性有所不同，其局域可以平移重合，而全局则不可以，即准周期序构打破了平移对称性，因此在入射电磁波的作用下，其基元的近场耦合作用与周期结构必然不同，使其对电磁波具有新的调控维度。而且其倒格矢尺度可以与非线性过程的光波波矢比拟，可使电磁波产生新的物理效应，如：光学自旋霍尔效应、二次谐波、四波混频等等，这些效应也可以通过相位调控而增强电磁波吸收，准周期的序构方式也比周期排列具有更多的自由度，其可以比相同成分比例及相同厚度的平板和周期序构吸波材料性能更好。而且顶层进行菱形基元排列之后，可以实现微波吸收性能与红外反射的兼容。因此特别适合于在本领域中推广应用，其前景十分广阔。