[发明专利]一种温度不敏感型超材料的设计方法

说明书

本发明涉及电磁功能材料技术领域，具体涉及一种温度不敏感型超材料的设计方法。本发明采用介电补偿的设计方法，分别分析基底介电和电磁调控层电性能对超材料吸波结构吸波性能的影响，提取数量关系并提出补偿公式，即通过电磁调控层材料电性能的变化补偿基底材料介电性能的变化，从而实现超材料吸收峰位置随温度变化保持稳定。本发明无需通过掺杂等复杂工艺调控基底的介电性能，可以在不破坏基底材料的基础上使超材料的吸波性能具备温度不敏感特性，为超材料吸波结构提供了一种新的设计思路；且本发明环境适应性广，实际应用可行性大，实现方法更加灵活，在微波耐高温隐身蒙皮、耐高温吸波器件等领域具有广泛的用途。

技术领域

本发明涉及电磁功能材料技术领域，具体涉及一种温度不敏感型超材料的设计方法。

背景技术

超材料吸波结构作为一种复合型功能结构材料，可以有效降低电磁波的透射、反射或散射，已逐渐成为提升当代武器装备雷达隐身性能的重要技术途。随着飞行器飞行速度的提升，超材料的耐温性和温度稳定性也应随着提升，然而，耐高温吸收剂的电磁参数受温度的影响较大，增加了高温环境中吸波性能的不稳定性，例如SiC吸收剂，虽然可以耐超过800℃的温度，但其介电会随温度的增加而增加，导致阻抗失配，吸波性能变差。

针对电磁参数随温度的变化，往往通过材料掺杂的方式来弥补，例如向正温度系数的材料中掺入负温度系数材料，这种方式对电磁参数的补偿作用有限，且需要从材料的制备着手，增加了超材料的制备工艺，掺入其他杂质后材料原有的力学性能也将受到影响。

超材料技术是有望突破这一瓶颈的新技术，一方面超材料通过结构单元的设计实现对电磁波的调控，另一方面，超材料可以通过结构单元的设计实现电磁参数的等效。但是目前的理想设计思路均遇到了技术瓶颈。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决目前高温吸波超材料吸波性能受温度影响敏感，设计灵活性不足的技术问题，本发明提供了一种温度不敏感型超材料的设计方法。

一种温度不敏感型吸波超材料的设计方法，具体步骤如下：

S1，对于依次由金属全反射层、基底层和电磁调控层构成的超材料吸波结构：

根据实际需求确定室温状态下能够满足指标要求的电磁调控层的图案参数；

所述金属全反射层的材料为对电磁波全反射的金属(如铜、铝)，以防止电磁波透过。

所述基底层的材料为电介质材料，例如SiC、SiC复合材料、磁性材料或半导体材料，为表层电磁调控层提供支撑，并使电磁调控层和金属全反射层之间形成电磁波损耗的空间。

所述电磁调控层的材料为电阻膜材料，例如金属电阻膜、碳系电阻膜或氧化铟锡膜，调整超材料的吸波性能(如吸收峰强弱、位置)；并补偿因基底介电随温度变化对吸波性能造成的影响。

S2，根据已知的基底层材料电磁参数随温度的变化范围和德拜方程，分析基底电磁参数对构成的超材料结构吸波性能的影响。根据德拜方程(1)、(2)和(3)，介质材料的介电随温度的升高而增大。

其中，ε′、ε、ω、ε_∞、ε_s、ε₀、σ(T)、E_a、τ₀、τ(T)分别依次表示介电常数实部、介电常数虚部、角频率、光频介电常数、静态介电常数、真空介电常数、材料电导率、活化能、扩散因子和弛豫时间，k为常量。

S3，根据已知的电磁调控层材料电性能随温度的变化范围和变化规律，分析电磁调控层电性能对构成的超材料吸波结构吸波性能的影响；