專利名稱：一種具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料。
背景技術(shù)：
磁導(dǎo)率是表征磁介質(zhì)磁性的物理量，常用符號μ表示，μ等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場強(qiáng)度H之比，一般的基板上面附著一塊金屬薄片的結(jié)構(gòu)得到的磁導(dǎo)率不能滿足我們的要求。超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，通過對微結(jié)構(gòu)的有序排列，改變了空間中每點(diǎn)的相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。超材料可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)普通材料無法具備的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，從而可以有效控制電磁波的傳播特性。
超材料包括由金屬線構(gòu)成的具有一定圖案形狀的人造微結(jié)構(gòu)和人造微結(jié)構(gòu)所附著的基材，多個人造微結(jié)構(gòu)在基材上陣列排布，基材對人造微結(jié)構(gòu)起到支撐作用，可為任何與人造微結(jié)構(gòu)不同的材料。這兩種材料的疊加會在空間中產(chǎn)生一個等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，這兩個物理參數(shù)分別對應(yīng)了材料整體的電場響應(yīng)與磁場響應(yīng)。超材料對電磁響應(yīng)的特征是由人造微結(jié)構(gòu)的特征所決定，而人造微結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)很大程度上取決于其金屬線的圖案所具有的拓?fù)涮卣骱统牧蠁卧叽纭３牧蠁卧叽缛Q于人造微結(jié)構(gòu)需要響應(yīng)的電磁波頻率，通常人造微結(jié)構(gòu)的尺寸為所需響應(yīng)的電磁波波長的十分之一，否則空間中由人造微結(jié)構(gòu)所組成的排列在空間中不能被視為連續(xù)。目前超材料生產(chǎn)工藝中通常采用如圖I所示開口“凹”形環(huán)的人造微結(jié)構(gòu)，包含開口“凹”形環(huán)人造微結(jié)構(gòu)的超材料如圖2所示，圖2所示超材料的磁導(dǎo)率隨頻率變化的規(guī)律如圖3所示，當(dāng)正常工作頻率為5. 2GHz時，其磁導(dǎo)率為有-5左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，通過對人造微結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種具有聞負(fù)磁導(dǎo)率的超材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，包括基材和附著在所述基材上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)包括開口 “凹”形環(huán)，所述人造微結(jié)構(gòu)還包括嵌套在開口“凹”形環(huán)內(nèi)的“山”形結(jié)構(gòu)，所述“山”形結(jié)構(gòu)的中間線從開口“凹”形環(huán)的開口處伸出。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻方式附著于所述基材上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過電鍍方式附著于所述基材上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過鉆刻方式附著于所述基材上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過光刻方式附著于所述基材上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過電子刻方式附著于所述基材上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)通過離子刻方式附著于所述基材上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基材為陶瓷材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基材為高分子 材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基材為鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明通過改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有開口 “凹”形環(huán)內(nèi)嵌套“山”形結(jié)構(gòu)提高了負(fù)磁導(dǎo)率，如圖6所示的仿真結(jié)果可知，在正常工作頻率為3. SGHz時，超材料的負(fù)磁導(dǎo)率可以達(dá)到-10，并且損耗幾乎為零，因此在相同外界條件和晶格尺寸相同的情況下，本發(fā)明不僅降低了頻率，而且提高了負(fù)磁導(dǎo)率。這種高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料可以應(yīng)用在天線制造以及醫(yī)療設(shè)備制造，透鏡等領(lǐng)域，對微波器件的小型化產(chǎn)生也會產(chǎn)生不可估量的作用。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)中開口“凹”形環(huán)人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中包含開口 “凹”形環(huán)人造微結(jié)構(gòu)的超材料的示意圖；圖3是圖2所示超材料的磁導(dǎo)率隨頻率變化的仿真圖；圖4是本發(fā)明提出的人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是包含圖4中的人造微結(jié)構(gòu)的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5所示超材料的磁導(dǎo)率隨頻率變化的仿真具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種新型的超材料，相對于現(xiàn)有的超材料，通過改變其中人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤钐崧劻顺牧系呢?fù)磁導(dǎo)率。如圖5所示，超材料包括至少一塊均勻等厚的基板1，若有多塊基板I則基板I沿垂直于基板平面的方向(z軸方向)依次堆疊，并通過組裝或者在每兩塊基板I之間填充可連接二者的物質(zhì)例如液態(tài)基板原料，其在固化后將已有的兩基板I粘合，從而使多塊基板I構(gòu)成一個整體。將每塊基板I虛擬地劃分成多個完全相同的相互緊挨著的立方體基材單元，這些基材單元以X軸方向?yàn)樾小⒁耘c之垂直的y軸方向?yàn)榱幸来侮嚵信挪肌；膯卧倪呴L通常為入射電磁波波長的五分之一到十分之一之間。每個基材單元上附著有一個人造微結(jié)構(gòu)2，基材單元和基材單元上的人造微結(jié)構(gòu)2共同構(gòu)成一個超材料單元3，如圖5所示，本發(fā)明的超材料可看作是由多個超材料單元3沿x、y、z三個方向陣列排布而成。人造微結(jié)構(gòu)2通常為金屬線例如銅線或者銀線構(gòu)成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，其中，金屬線可以是剖面為圓柱狀或者扁平狀的銅線、銀線等，金屬線的剖面也可以為其他形狀。如圖4所示，在本實(shí)施例中，人造微結(jié)構(gòu)包括開口“凹”形環(huán)4，以及嵌套在開口“凹”形環(huán)4內(nèi)部的“山”形結(jié)構(gòu)5，其中“山”形結(jié)構(gòu)5的中間線6從開口“凹”形環(huán)4的開口處伸出。人造微結(jié)構(gòu)可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基材上，基材可以為陶瓷材料、高分子材料、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多 形式，比如人造微結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)彎處可以不是直角，可以為圓弧等，均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，包括基材和附著在所述基材上的人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)包括開口 “凹”形環(huán)，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)還包括嵌套在開口 “凹”形環(huán)內(nèi)的“山”形結(jié)構(gòu)，所述“山”形結(jié)構(gòu)的中間線從開口 “凹”形環(huán)的開口處伸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻方式附著于所述基材上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)通過電鍍方式附著于所述基材上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)通過鉆刻方式附著于所述基材上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)通過光刻方式附著于所述基材上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)通過電子刻方式附著于所述基材上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)通過離子刻方式附著于所述基材上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述基材為陶瓷材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述基材為高分子材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一所述的具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，其特征在于，所述基材為鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高負(fù)磁導(dǎo)率的超材料，包括基材和附著在所述基材上的人造微結(jié)構(gòu)，人造微結(jié)構(gòu)包括開口“凹”形環(huán)，所述人造微結(jié)構(gòu)還包括嵌套在開口“凹”形環(huán)內(nèi)的“山”形結(jié)構(gòu)，所述“山”形結(jié)構(gòu)的中間線從開口“凹”形環(huán)的開口處伸出。包含這種人造微結(jié)構(gòu)的超材料的負(fù)磁導(dǎo)率得到了大幅的提高，這種高磁負(fù)導(dǎo)率的超材料可以應(yīng)用在天線制造以及醫(yī)療設(shè)備制造，透鏡等領(lǐng)域，對微波器件的小型化產(chǎn)生也會產(chǎn)生不可估量的作用。
文檔編號H01Q15/00GK102800981SQ20111017979
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 寇超鋒, 葉金財 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司