[发明专利]基于高分子材料掺杂的电磁波极化调控材料及其应用

说明书

基于高分子材料掺杂的电磁波极化调控材料及其应用，该电磁波极化调控材料包括主体，主体由高分子材料构成，主体中无序掺杂有若干方向一致的金属颗粒，相邻的金属颗粒之间形成缝隙，缝隙用于电磁波的极化调控。本发明利用主体内方向一致的金属颗粒，能够实现极化调控材料宏观整体上的金属狭缝，从而达到对入射电磁波的极化调制，相较于传统的电磁波极化器，无需设置复杂、精细的微结构或超表面即可实现电磁波极化调制，采用增材制造技术即可实现快速生产，大幅简化了制备工艺，显著提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及电磁波极化片，具体涉及基于高分子材料掺杂的电磁波极化调控材料及其应用，适用于电磁波特别是太赫兹波的极化。

背景技术

电磁波的电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质在光学中称为偏振，如果这种变化具有确定的规律，则称电磁波为极化电磁波。

电磁波极化器可以实现对入射波的极化调控。现有技术中，专利CN102769191A公开了一种能够实现极化转换的超材料，该超材料包括基材以及设置在基材上的多个人造微结构，通过人造微结构影响在其中传播的平面电磁波的电场矢量，使得平面电磁波离开超材料时，所述电场矢量的两个正交分量产生相位差，从而实现平面电磁波极化方式的相互转换。专利CN104810628B公开了一种叶片型太赫兹波宽带线极化器，该极化器由单元结构周期性排列而成，每个单元结构从下到上依次为基底、金属反射层、介质层和超表面；超表面由两个完全相同的叶片构成，通过长边渐变性质的叶片形超表面得到了具有三个连续的极化转化频段的线极化器。

然而，现有的电磁波极化器结构复杂，对制备工艺的要求高，造成制备工艺冗长、生产成本高等问题。此外，传统的极化器的柔韧性差，难以根据电磁波分布，应用场景有限。

发明内容

本发明的目的在于提供基于高分子材料掺杂的电磁波极化调控材料及其应用，以解决现有技术中电磁波极化器需要通过有序排布的微结构或超表面实现极化，造成制备工艺精度要求高，工艺冗长、生产成本高的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

基于高分子材料掺杂的电磁波极化调控材料，包括主体，所述主体由高分子材料构成，主体中无序掺杂有若干方向一致的金属颗粒，相邻的金属颗粒之间形成缝隙，所述缝隙用于电磁波的极化调控。

本技术方案中，电磁波极化调控材料的主体由高分子材料构成，高分子材料具有一定的柔韧性，可以根据电磁波分布，一定程度上提高极化调控材料的应用前景。高分子材料中掺杂的若干金属颗粒均匀地分布于高分子材料中且金属颗粒的方向一致或者基本一致，使得相邻的金属颗粒之间存在足够大小的缝隙，该缝隙使得电场方向顺着缝隙的电磁波能够透过极化调控材料，而电场方向与缝隙垂直的电磁波则被极化调控材料截获，最终透过极化调控材料的电磁波即为极化波。

在一个或多个实施例中，极化调控材料可以制作成片状或者其他所需的形状，在部分实施例中，极化调控材料也可以通过增材制造直接包裹于器件上，从而实现仅允许有用信号透射而屏蔽其他极化波入射的目的。

在一个或多个实施例中，电磁波优选为高频段的电磁波，包括微波毫米波和太赫兹波。

在部分实施例中，所述极化调控材料采用3D打印制造。具体地，将一定质量比的金属颗粒加入至熔融状态下的高分子材料中，搅拌均匀后利用3D打印成型即可制得。

本技术方案中，利用主体内方向一致的金属颗粒，能够实现极化调控材料宏观整体上的金属狭缝，从而达到对入射电磁波的极化调制，相较于传统的电磁波极化器，无需设置复杂、精细的微结构或超表面即可实现电磁波极化调制，采用增材制造技术即可实现快速生产，大幅简化了制备工艺，显著提高了生产效率；此外，该极化调控材料既可以具有确定的形状以满足特定的应用场景，例如检测极化波，又例如可以利用多个极化调控片在电磁波传输方向上的空间叠加，实现电磁波极化方向的调通，也可以作为涂层包裹于器件表面实现仅允许有用信号透射的功能，具有广阔的应用前景。