[发明专利]一种机械调控吸波性能的超材料及其耦合间距的机械调控方法

说明书

本发明公开了一种机械调控吸波性能的超材料及其耦合间距的机械调控方法，属于可重构超材料技术领域，超材料为双层结构，从下到上由下层超材料及上层超材料组成，双层结构之间具有一定间距；下层超材料从下到上依次由底部衬底层、下层介质层及下层图案层组成，上层超材料从下到上依次由上层图案层及上层介质层组成，其上均设置有周期性排布的图案结构，且图案结构几何互补成一个完整的闭合环状图形。本发明通过层间几何互补且中心对称的结构之间耦合作用的变化，引起等效电路模型电路结构和RLC参数的变化，使不同状态的超材料输入阻抗也发生变化；并利用机械调控模块和固定装置控制双层超材料层间距离的变化来实现对超材料整体吸波性能的调控。

技术领域

本发明涉及可重构超材料技术领域，具体涉及一种机械调控吸波性能的超材料及其耦合间距的机械调控方法。

背景技术

随着超材料技术的发展，这种具有人工设计的结构并且展现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料已经愈发成熟。为了获得比传统超材料更丰富的功能，可重构超材料走进人们的视野，通过与不同的调控方法相结合，使同一个超材料器件有更多的状态。其中，在改变电磁波性质上已经出现了很多的应用，例如可以通过可重构超材料改变入射波的反射角度、透过率、极化状态等，最为典型的是可重构微波吸收超材料，可以针对不同的吸波需求提供多种模式。

现有技术提出了电调控的可重构方法，即在超材料中添加电子元器件(变容二极管、PIN二极管等)或者电响应材料(石墨烯、电致变色材料等)，通过添加偏置电压来改变电子元件的通断或者电响应材料的性质。由于电子元器件和电响应材料的固有性质，不能满足更多模式相互切换的需求，如电子元器件；不能满足吸收率大范围的变化，如石墨烯、电致变色材料；除了上述限制之外，以上调控方式还存在着额外能耗的弊端。目前来说，虽然在该领域取得了一定进展，但仍需一种简单而巧妙地设计思路将可调性能连续渐变、调节范围大和绿色节能集成一体，这对于可重构吸波超材料功能集成化以及潜在应用都有着很重要的意义。基于以上分析，构思和设计满足上述条件的结构和调控方法关系到可重构吸波超材料的潜在应用和发展前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种机械调控吸波性能的超材料及其耦合间距的机械调控方法，本发明通过层间几何互补且中心对称的结构之间耦合作用的变化，引起等效电路模型电路结构和RLC参数的变化，使不同状态的超材料输入阻抗也发生变化，由电磁波理论中的传输线理论可得：

A(ω)＝1-R(ω)

其中，R(ω)为反射率，A(ω)为吸收率，Z_in为超材料的输入阻抗，Z₀为自由空间的特征阻抗；

输入阻抗与自由空间的特征阻抗的匹配程度决定了超材料对入射波的吸收率，因此引起了吸收率也发生连续性的变化；由于几何互补结构的形式，使超材料在几何上互补为完整形状变化到分离较远的过程中，吸收性能可以在强吸收模式到弱吸收模式之间连续变化；除此之外，两层结构对齐后做垂直投影时，会在每一个子块结构的左右边缘处显示出长条形的重叠区域；并利用机械调控模块和固定装置控制双层超材料层间距离的变化来实现对超材料整体吸波性能的调控；由于机械调控本身所具有的快速响应和到位锁定的优势，不会在待机时间产生额外的能耗。结合以上原理和方法能够实现吸波性能连续可调、调节范围广和绿色节能功能的集成。

本发明通过如下技术方案实现：

一种机械调控吸波性能的超材料，所述超材料为双层结构，所述双层结构从下到上由下层超材料及上层超材料组成，下层超材料及上层超材料之间具有一定间距；所述下层超材料从下到上依次由底部衬底层1、下层介质层2及下层图案层3组成，所述上层超材料从下到上依次由上层图案层4及上层介质层5组成，所述下层图案层3与上层图案层4上均设置有周期性排布的图案结构，且下层图案层3与上层图案层4的图案结构几何互补且均呈中心对称，可互补成一个完整的闭合环状图形。