[发明专利]基于液态金属的多比特编码可重构超材料及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于液态金属的多比特编码可重构超材料及控制方法，由多个子阵单元在同一平面内排列形成，通过张角重构实现电磁响应调控；子阵单元是由张角变化的一个或多个液态金属单元组成，液态金属单元包括针对电磁波响应特性设计的微流道结构及内部填充的液态金属，以实现液态金属流动并调控其状态，液态金属单元通过液态金属流动改变其张角变化，从而实现不同工作性能。本发明采用开口谐振环结构单元并结合流道结构设计，通过液态金属流动控制重构超材料的连续流动状态，实现张角的连续变化；不同张角单元结构对应不同响应频率及相位特性，不同结构形态单元间阵列排布，多个子阵单元组合实现多比特编码，调控电磁波响应的相位、频率等。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，具体而言，涉及一种基于液态金属的多比特编码可重构超材料及其控制方法。

背景技术

超材料作为一种可设计的人工阵列结构材料，具有天然材料所不具备的超常物理性质。由于其材料结构属性的可人工设计性，能够通过设计合适的结构实现对材料性能、电磁波响应的灵活操控，使得在伪装隐身技术、通信技术、传感技术等领域取得了快速的发展和应用。常规超材料结构在设计、加工完后其材料属性及对电磁波的响应特性就已固定，不能随环境变化而改变材料属性，即无法实现性能的“动态化”。

因此，在利用超材料优异性能的同时，实现材料结构属性与电磁波响应具有可调节性，是超材料研究的热点。近年已经研究出采用导电高分子材料、液晶分子、MEMS静电结构、二极管等技术途径主动改变超材料结构特征，实现对电磁波响应的调节。但导电高分子材料的电导率和介电常数可调控范围仍然较小，同时，调控稳定性难以保证；液晶分子依据分子在不同电场下的取向实现电磁参数调节，但具有调控宽度较窄、调控响应时间较长等问题；MEMS静电结构难以满足宽带需求，并且大规模应用将带来结构可靠性问题；另外，二极管调节状态有限、非线性效应明显、宽带调节能力不足。因此，利用常规超材料阵列虽然能够实现对电磁波响应的动态调控，但仍面临调控状态有限、连续调节能力不足、柔性化功能有待提升等问题，特别是上述方式针对同一单元通常能实现的状态调节比特有限、可调带宽较窄，对于较多编码状态(大于2比特)，则需要采用更多数量的调控器件，所需要的控制线路更多，给超材料本身电磁性能及控制系统带来影响。

发明内容

本发明旨在提供一种基于液态金属的多比特编码可重构超材料及其控制方法，从本质上提升了常规超材料性能，进一步拓展了应用范围，可应用于微波、太赫兹等波段的超材料，应用于动态伪装隐身、可重构通信等领域。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于液态金属的多比特编码可重构超材料，由多个子阵单元在同一平面内排列形成，并通过张角的重构实现电磁响应的调控；其中，每个子阵单元是由张角变化的一个或多个液态金属单元组成的阵列结构，所述液态金属单元包括针对电磁波响应特性设计的微流道结构以及填充在所述微流道结构内的液态金属，微流道结构用以实现液态金属流动并调控所述液态金属的状态，以使得液态金属单元通过液态金属流动改变其张角变化，从而实现不同的工作性能。

根据本发明，所述子阵单元是由张角变化的一个或多个开口谐振环结构单元并排组成的阵列结构；或者所述子阵单元是由一个或多个十字形、一字型、双C型结构单元并排组成的阵列结构。

根据本发明，所述子阵单元为多个相同构型微流道结构和/或不同构型微流道结构组成的阵列。

根据本发明，同一所述子阵单元的张角一致。优选地，所述液态金属单元内的液态金属流动重构张角变化为对称变化或者为固定一端结构的非对称变化。

根据本发明，所述张角的变化状态通过软硬件系统控制液态金属流动实现；所述液态金属在流动结构中的驱动控制方式为电驱动和/或压力驱动。

根据本发明，所述硬件系统用于驱动液态金属的流动响应；所述软件系统包含控制算法，用于调控子阵单元的液态金属的张角大小。