專利名稱：吸波材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及吸波材料領域，更具體地說，涉及ー種利用超材料技術的吸波材料。
背景技術：
隨著現代科學技術的發展，電磁波輻射對環境的影響日益増大。在機場，飛機航班因電磁波干擾無法起飛而誤點；在醫院，移動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找ー種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學的一大課題。吸波材料是指能夠有效吸收人射電磁波并使其散射衰減的ー類材料，它通過材料的各種不同的損耗機制將人射電磁波轉化成熱能或者是其它能量形式而達到吸波的目的。吸波材料有結構型和涂覆型，前者主要是尖劈形、泡沫形、平板形等，后者由粘結劑、吸收劑復合而成，吸波的能力主要與吸收劑種類有夫。 現有技術的吸波材料主要采用鐵氧體，它具有吸收頻段高、吸收率高、匹配厚度薄等特點。根據電磁波在介質中從低磁導向高磁導方向傳播的規律，利用高磁導率鐵氧體弓I導電磁波，通過共振，大量吸收電磁波的輻射能量，再通過耦合把電磁波的能量轉變成熱能。但是，現有的吸波材料有阻抗難以匹配、難以做得很薄的缺陷。
發明內容
本發明要解決的技術問題在干，針對現有技術的吸波材料不夠薄的缺陷，提供一種可以制造得很薄的吸波材料。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造ー種吸波材料，由至少ー個超材料片層疊加而成，每個所述超材料片層包括半導體材料制成的基材和附著在所述基材上且規則排布的多個人造微結構，每個所述人造微結構為構成幾何圖案的至少ー根金屬絲，在電磁波通過時所述人造微結構上形成震蕩電流并流經半導體的基材。在本發明所述的吸波材料中，制成所述基材的半導體材料為硅、鍺、硒中的ー種，或者為如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、如硫化鎘、硒化鎘、締化鋅、硫化鋅、硫化鉛、硒化鉛、碳化娃、氮化娃中的一種。在本發明所述的吸波材料中，所述金屬絲構成對電場響應的幾何圖案。在本發明所述的吸波材料中，所述人造微結構為“エ”字形幾何圖案，包括豎直的第一金屬絲和分別連接在所述第一金屬絲兩端且垂直于所述第一金屬絲的第二金屬絲。在本發明所述的吸波材料中，所述人造微結構為所述“エ”字形人造微結構的衍生結構。在本發明所述的吸波材料中，所述金屬絲構成對磁場響應的幾何圖案。在本發明所述的吸波材料中，所述人造微結構為“凹”字形，包括“U ”字形外框和分別連接在所述外框兩端端部且向所述外框內折彎的折邊。在本發明所述的吸波材料中，所述人造微結構為“T”字形金屬絲和所述“凹”字形人造微結構的疊加結構。在本發明所述的吸波材料中，所述人造微結構的金屬絲有兩個，構成兩個分別具有缺ロ且共圓心的圓環，所述兩個圓環的開ロ相對于圓心成180度分布。實施本發明的吸波材料，具有以下有益效果通過設計人造微結構的具體結構形狀，可以設計出其對應的電磁參數，因此具有相應的電磁響應特征；當電磁波穿過時，人造微結構由于對電磁場產生響應從而內部產生震蕩電流，震蕩電流流經具有電阻的半導體基材產生熱量進而將電磁波能量損耗掉，達到吸波目的；由于本發明的基材可以制作得很薄，因此整個吸波材料非常薄但吸波效率高，可應用在ー些特殊場合。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進ー步說明，附圖中圖I是本發明的吸波材料的第一實施例、其人造微結構為“エ”字形時的結構示意 圖；圖2是由圖I所示實施例衍生的第二實施例的人造微結構的結構示意圖；圖3是由圖2所示實施例衍生的第三實施例的人造微結構的結構示意圖；圖4是本發明的吸波材料的第四實施例的結構示意圖；圖5是本發明的吸波材料的第五實施例的結構示意圖；圖6是本發明的吸波材料的第六實施例的結構示意圖；圖7是本發明的吸波材料的第七實施例的結構示意圖。圖中各標號對應的名稱為I基材，2人造微結構，201第一金屬絲，202第二金屬絲，203第三金屬絲，204第四金屬絲，3晶格，501第一圓環，502第二圓環，601外框，602折邊，701“T”形金屬絲，801“ ロ ”
形金屬絲，802連接金屬絲，803 “ = ”形金屬絲。
具體實施例方式本發明涉及ー種利用超材料技術制成的吸波材料，是由多個超材料片層沿垂直于片層表面的方向疊加而成的、具有一定宏觀的立體幾何形狀的材料。姆個超材料片層可以是平板狀，也可以是其他曲面形狀如半徑各不相同的圓環形等。如圖I至圖5所示，每個超材料片層包括半導體材料制成的基材I和附著在基材I上的多個人造微結構2。這里的半導體材料可以是現有的常規意義上的任何ー種固體的半導體材料，例如娃、鍺、硒單質，或者砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、硫化鎘、硒化鎘、締化鋅、硫化鋅、硫化鉛、硒化鉛、碳化硅、氮化硅等化合物。常用的主要是硅和鍺。同時，作為基材I的半導體材料可以是以上任何ー種材料，也可以上以上材料中的兩種或兩種以上材料的混合。本發明優選硅或鍺為基材。人造微結構2通過一定的加工エ藝附著在基材I上，例如蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、離子刻等。多個人造微結構2以一定的規律排布，例如矩形陣列排布、環形陣列，同時人造微結構2還可以一定的規律逐漸變化，例如以ー百分比等比例減小或増大，等等。只要是根據已知分布可預知所有其他人造微結構2的位置、形狀和大小，這樣的排布即屬于本文的規則排布。每個人造微結構2以及其所附著的基材I部分即為ー個超材料単元3，每個超材料單元3的尺寸為所要響應的電磁波波長的1/50 I倍之間，最優選在1/10左右。整個吸波材料就是由這一個個超材料単元3規則排布組合而成的，類似于晶體中的每個晶格。對于每ー個超材料片層，其厚度與每個超材料単元3的尺寸接近，也為入射電磁波波長的十分之一左右，因此會很薄。每個人造微結構2是由至少ー根金屬絲構成的，其具有一定的幾何圖案，從而可對電場或磁場進行響應。這里的對電場或磁場進行響應，是指該金屬絲構成的圖案具有特定的介電常數和磁導率，因而可對ー個特定的電磁波做出相應的反應例如使電磁波偏折、反射等。對電場能產生響應的人造微結構2，在電磁場中將形成震蕩電流I，震蕩電流I經過電阻為R的半導體基材，通過W = I2R形成熱量從而使電磁波的部分能量W被轉化成熱量損耗棹。凡是沿電場方向有分量投影的人造微結構2圖案，均可以實現此目的。對電場響應的優選實施例如圖I至圖3所示。圖I示出的人造微結構2具有“エ”字形幾何圖案，包括豎直的第一金屬絲201和分別連接在第一金屬絲201兩端且垂直于第一金屬絲201的第二金屬絲202 ；另ー實施例可以是人造微結構2不僅包括構成エ字形的第一、第二金屬絲，還包括分別連接在第二金屬絲202兩端且垂直于第二金屬絲202的第三金屬絲203 ;圖2所示的人造微結構是上述實施例的進ー步衍生，不僅包括上述第一、第二、第三金屬絲，還包括分別連接在第三金屬絲203兩端且垂直于第三金屬絲203的第四金屬絲204。圖3所示實施例則是圖2的進ー步衍生，其具有兩個圖2所示實施例的人造微結構，且兩個結構以各自的第一金屬絲相互垂直平分地放置，疊成“十”字形結構。當然，兩個疊成“十”字形的第一金屬絲和每根第一金屬絲兩端分別垂直連接有ー個第二金屬絲，或者除此之外，每個第二金屬絲兩端也垂直連接有第三金屬絲，這兩種結構也屬于本發明保護范圍。同樣，在每個第四金屬絲204上，也可以繼續連接有第五金屬絲，依次類推，本發明的對電場響應的人造微結構2還有無窮多個。圖2、圖3以及上述類推結構均屬于本發明的“エ”字形人造微結構的衍生結構。其中，每個第一金屬絲201只與第二金屬絲202相連接，不與其他任何金屬絲相交；任意第N金屬絲只與第(N-I)金屬絲和第(N+1)金屬絲相交連接，不予其他任何金屬絲相交，這里N大于等于2。同樣，能對磁場產生響應的人造微結構2也會在電磁場中形成震蕩電流I，并通過W= I2R在電阻為R的半導體基材中將電磁場的部分能量W損耗棹。凡是能夠產生諧振的人造微結構，均可實現對磁場響應，例如圖5、圖6所示的形狀。圖4所示實施例中，人造微結構2的金屬絲有兩根，構成兩個分別具有缺ロ且共圓心的圓環，即第一圓環501和第二圓環502，所述兩個圓環的開ロ相對于圓心成180度分布。圖5所示實施例中，人造微結構2為ー根金屬絲排布呈近“凹”字形，包括“U”字形外框601和分別連接在外框601兩端端部且向所述外框601內折彎成“7”字形的折邊602，兩個折邊602不接觸且末端不連接。 當然，對磁場響應的人造微結構2還有很多種，本文不再一一列挙。凡是利用到超材料技術制成、且超材料片層的基材I選用半導體同時其人造微結構2必須能夠對電場或磁場進行響應，這樣制得的吸波材料即屬于本發明所要保護的范圍之內。
能夠同時對電場和磁場響應的人造微結構也可用在本發明中，其吸波性能更佳，原理與前文實施例類似。較優的實施例如圖6、圖7所示。圖6所示的人造微結構，是“T”形金屬絲701和圖4所示實施例的金屬微結構的疊加，其中“T”形金屬701絲能夠對電場產生響應，而由外框601和兩個折彎602構成的近“凹”字形結構能夠對磁場產生相應，由于對電場和磁場響應進而在附著基材內部形成渦流，進而轉化為熱能散失，從而起到吸波的作用。圖7所示的人造微結構，包括“ ロ ”形金屬絲801、豎直接在“ ロ ”形金屬絲內部的連接金屬絲802以及位于連接金屬絲802正中間的“=”形金屬絲803。這種結構也可同時對電場和磁場產生響應，從而有效吸收電磁波能量。當電磁波進入到吸波材料內部，將通過產生震蕩電流來損耗電磁波能量,在本發明的吸波材料表面，還需要設計ー層人造微結構，使其表面阻抗與大氣阻抗匹配，引導電磁波大部分進入到吸波材料內部，而減少反射。 采用本發明的吸波材料，通過人造微結構對電場和/或磁場的響應，將穿過的電磁波的能量轉化為電流從而產生熱能，進而將電磁波的能量吸收。與現有的吸波材料相比，其吸波效率高，質量輕，最重要的是可以自由設計各個人造微結構使之達到不同的電磁特性，從而對不同頻率的電磁波進行吸收，因此吸收頻段寬。另外，每ー個超材料片層可以做得很薄，而整個吸波材料只用ー個或少量幾個超材料片層，因此吸波材料將很薄，有利于在一些對吸波材料厚薄有要求的場合使用。本發明吸波材料的表面層也可靈活設計，達到阻抗匹配，減少甚至避免反射，提高吸波效率。因此，上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗g和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種吸波材料，其特征在干，由至少ー個超材料片層構成，每個所述超材料片層包括半導體材料制成的基材(I)和附著在所述基材(I)上的多個人造微結構(2)，每個所述人造微結構為構成幾何圖案的至少ー根金屬絲，在電磁波通過時所述人造微結構(2)上形成震蕩電流并流經半導體的基材(I)。
2.根據權利要求I所述的吸波材料，其特征在于，制成所述基材(I)的半導體材料為硅、鍺、硒中的ー種，或者為神化鎵、磷化鎵、磷化銦、硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅、硫化鉛、硒化鉛、碳化硅、氮化硅中的ー種。
3.根據權利要求I所述的吸波材料，其特征在于，所述人造微結構具有對電場響應的幾何圖案。
4.根據權利要求3所述的吸波材料，其特征在于，所述人造微結構(2)具有“エ”字形幾何圖案，包括豎直的第一金屬絲(201)和分別連接在所述第一金屬絲(201)兩端且垂直于所述第一金屬絲(201)的第二金屬絲(202)。
5.根據權利要求4所述的吸波材料，其特征在于，所述人造微結構(2)為所述“エ”字形人造微結構的衍生結構。
6.根據權利要求I所述的吸波材料，其特征在于，所述金屬絲構成對磁場響應的幾何圖案。
7.根據權利要求6所述的吸波材料，其特征在于，所述人造微結構(2)為近“凹”字形，包括“U”字形外框(601)和分別連接在所述外框(601)兩端端部且向所述外框￠01)內折彎的折邊(602)。
8.根據權利要求7所述的吸波材料，其特征在于，所述人造微結構(2)為“T”字形金屬絲和所述近“凹”字形人造微結構(2)的疊加結構。
9.根據權利要求6所述的吸波材料，其特征在于，所述人造微結構(2)的金屬絲有兩個，構成兩個分別具有缺ロ且共圓心的圓環，所述兩個圓環的開ロ相對于圓心成180度分布。
全文摘要
本發明涉及吸波材料，由至少一個超材料片層構成，每個所述超材料片層包括半導體材料制成的基材(1)和附著在所述基材(1)上的多個人造微結構(2)，每個所述人造微結構為構成幾何圖案的至少一根金屬絲，在電磁波通過時所述人造微結構(2)上形成震蕩電流并流經半導體的基材(1)。由于半導體具有較大的電阻，震蕩電流流經具有電阻的半導體基材產生熱量進而將電磁波能量損耗掉，達到吸波目的；由于本發明的基材可以制作得很薄，因此整個吸波材料非常薄但吸波效率高，可應用在一些特殊場合。
文檔編號G12B17/02GK102682858SQ20111006183
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者劉若鵬, 欒琳, 王今金, 趙治亞 申請人:深圳光啟創新技術有限公司, 深圳光啟高等理工研究院