[发明专利]基于齿状弯折环和方形环的双谐振宽带透明超材料吸波器

说明书

一种基于齿状弯折环和方形环的双谐振宽带透明超材料吸波器，自上而下依次为第一透明谐振层、第一透明介质基板、第二透明谐振层、第二透明介质基板和透明反射层。第一透明谐振层和第二透明谐振层分别包含由透明导电材料制成的齿状弯折环阵列和方形环阵列，用于产生宽波段谐振。通过两个谐振层谐振频率互补，实现了良好的宽带吸波性能。本发明在微波波段具有优异的宽带电磁波吸收功能，吸收率可达到90％以上，同时本发明由透明材料制作从而具有光频及红外透明特性，具有很高的应用前景。

技术领域

本发明涉及电磁波吸收和新型人工电磁材料技术领域，特别是一种基于齿状弯折环和方形环的双谐振宽带透明超材料吸波器。

背景技术

随着无线通讯的发展，电磁污染成为第四大环境污染源。电磁污染不仅会干扰精密仪器和干扰通讯设备，同时也会对人体健康产生潜在的负面影响。而电磁吸波材料可以吸收电磁波，可以广泛应用于电磁兼容领域。同时对于某些特殊领域，电磁吸波材料还需要可见光透明等特性。如：例如高端医疗设备观察窗、精密通讯设备屏蔽元件、超精细监控设备观察窗口、飞行器以及航空武器光学窗、先进光学仪器窗口等。同时也可作为抗电磁污染的透明建筑材料大规模使用。

传统的吸波材料多是通过铁氧体等磁性材料实现吸波，这种传统的吸波材料往往体积大、重量大且不透明。近年来发展的超材料吸波器，为吸波材料提供了新的设计思路。超材料(metamaterial)是一种人工设计的亚波长结构，通过引入电谐振和磁谐振可以大幅地调节介电常数和磁导率，从而实现诸多奇异性质。超材料吸波器具有二维亚波长结构，往往由多层介质组成，包含谐振层、介质层、反射层等。通过各层间的合理排布可以实现完美吸波、超宽带吸波等良好特性。同时通过使用透明材料，透明超材料吸波器也得到了一定的发展。

受限于材料，目前大多透明超材料吸波器存在吸收带宽窄，吸波频段无法覆盖低频等问题，限制了其在应对电磁污染以及精密机械电磁兼容上的灵活应用。

发明内容

本发明的目的是为了实现微波波段的宽波带电磁波吸收，同时兼顾光学波段的透过率，提供一种基于齿状弯折环和方形环的双谐振宽带透明超材料吸波器。本发明的技术解决方案如下：

一种基于齿状弯折环和方形环的双谐振宽带透明超材料吸波器，其特点在于自上而下依次为第一透明谐振层、第一透明介质基板、第二透明谐振层、第二透明介质基板和透明反射层；所述的第一透明谐振层由齿状弯折环谐振单元阵列和下部透明支撑薄膜共同构成；所述的第二透明谐振结构是由方形环谐振单元阵列和下部透明支撑薄膜共同构成，所述的第一透明谐振层的齿状弯折环为在方形环基础上每个边带有N个向内部的齿状弯折，N为正整数，第二透明谐振层的方形环的线宽w大于环与环之间的间距，即环间距(p-2*w-l)；所述的第一透明谐振层的齿状弯折环的线宽g小于所述的第二透明谐振层的方形环的线宽w；所述的所述的第二透明谐振层的方形环的环间距(p-2*w-l)小于第一透明谐振层的齿状弯折环的环间距(p-s)；所述的透明反射层由透明导电薄膜和透明支撑薄膜共同构成。

所述的的齿状弯折环阵列和方形环阵列由透明导电材料通过光刻、激光剥离或化学蚀刻进行制备。

所述的透明导电材料为氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、石墨烯薄膜、微金属网栅和金属纳米线中的一种或者几种构成。

所述的透明支撑薄膜为透明多聚物，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚氯乙烯(PVC)中的一种或者几种构成。

所述的透明介质基板的材料为玻璃、氟化物红外玻璃、硫化锌、有机玻璃、透明多聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚氯乙烯(PVC)中的一种或者几种构成。

各层之间使用光学透明胶粘剂热压成型。

比现有技术本发明的有益效果如下：