一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构及其制备方法与流程

本发明涉及电磁波吸收领域，尤其涉及一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构及其制备方法。

背景技术：

电磁波吸收结构的探索引起了科研人员的广泛关注，在毫米波、微波、红外及可见光波段的吸收，使其应用领域越来越宽阔，包括探测、能源、航空、通信、光伏、印刷等行业。针对不同波段的吸收，其吸收结构尺寸也是不同；例如，在可见光波段的吸收，其结构尺寸几乎需要亚波长尺度，这对于工艺难度要求很高，也限制了其具体的发展。可见光波段的吸收结构研究在光伏、光电池、探测、能源等方面的重要性引起了科研人员的高度热情。2014年，tuncao等人在scientificreports上发表一篇可见光宽波段偏振不敏感完美吸收器，在基底上面覆盖au和ge2sb2te5连续膜层，au方块阵列位于膜层之上，实现可见光宽波段的近完美吸收,其最高吸收效率达到96.8%；2016年，l.jayguo等人提出了一种宽角度、偏振不敏感的超薄吸收器，在可见光范围，具有宽的吸收效率，且在共振波长处，最大吸收效率可至95.5%，其采用多层膜系结构，依次覆盖ag、a-si、ag、a-si，厚度均在几十纳米尺度。申请号为201510915402.9的一种可见光双向吸收体结构，通过在基底材料上制备二维纳米阵列单元，在二维纳米结构单元上蒸镀或溅射一层厚度为5-20nm的金属层，最后在金属层上蒸镀或溅射一层厚度为5-20nm的介质层，实现了可见光波段的宽吸收。授权公开号为cn101724811b的中国专利提出一种基于亚波长金属孔阵列的电磁吸收体，采用金属膜-亚波长介质柱-金属膜三层结构，实现了可见光区域广谱电磁吸收。就目前公开报道的文献及专利提出的电磁波吸收结构，可实现柔性和可拉伸弯曲效果的比较少见，且存在着工艺的难度。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构及其制备方法以解决上述的技术问题。

本发明的一个技术方案是：

一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构，其特征在于，其包括：

弹性基材层，所述弹性基材层包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；

纳米结构，所述纳米结构设于所述弹性基材层的第一表面；

金属层，位于所述弹性基材层的第一表面，且所述金属层覆盖所述纳米结构。

在其中一实施例中，所述纳米结构的周期为200nm~500nm。

在其中一实施例中，所述弹性基材层为为聚二甲基硅氧烷薄膜、丙烯酸薄膜、聚氨酯薄膜或高弹橡胶薄膜。

在其中一实施例中，所述金属层可以为镍、铬、锗或钨材料中至少一种。

一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、提供具有周期为1000nm~5000nm纳米结构的基片；

s2、在所述步骤s1的基础上制备具有周期为1000nm~5000nm纳米结构的弹性纳米结构膜；

s3、制备周期为200nm~500nm纳米结构的弹性膜；

s4、在周期为200nm~500nm纳米结构弹性膜上覆盖金属层，可制得柔性可拉伸的电磁波吸收结构。

在其中一实施例中，所述制备弹性纳米结构膜包括以下步骤：

s21、提供具有弹性聚合物材料；

s22、将步骤s21中的弹性聚合物材料设于所述步骤s1中的基片上；

s23、固化，分离所述基片与所述弹性聚合物材料，获得弹性纳米结构膜。

在其中一实施例中，制备所述周期为200nm~500nm纳米结构的弹性膜包括以下步骤

s31、对步骤s2中的弹性纳米结构膜进行拉伸，将其拉伸到一定伸长率后固定；

s32、采用氧离子对步骤s31中拉伸后的弹性纳米结构膜进行轰击；

s33、将步骤s32中轰击后的弹性纳米结构膜取出，释放施加在弹性纳米结构膜上的拉力，可制得周期为200nm~500nm纳米结构弹性膜。

在其中一实施例中，所述基片可为硅片、石英片或k9玻璃片。

在其中一实施例中，所述周期为1000nm~5000nm纳米结构可通过激光直写技术或掩膜紫外曝光获得。

在其中一实施例中，所述s32中的氧离子轰击时间为3-10min。

本发明的有益效果：

本发明的柔性可拉伸的电磁波吸收结构采用弹性薄膜，具有优异的柔韧性和可拉伸性，在实现小周期纳米结构制备上，较之传统光刻或电子束光刻，更具有普遍性和易制备性；通过改变拉力，氧离子纯物理轰击，得到亚波长纳米结构，在制备小周期纳米结构工艺上提供了一种探索性方法。通过制备的小周期纳米结构配合镀膜工艺，可实现宽带电磁波吸收。因此本发明的柔性可拉伸的电磁波吸收结构不仅具有刚性电磁波吸收结构的特性，而且在物理柔性及拉伸性方面具有优势，另外，可承载一定弯曲和压缩变形，具有广泛的应用前景。

附图说明

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。

图1是本发明的一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构的结构示意图；

图2是本发明的一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构的制备方法的流程示例图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构，其特征在于，其包括：

弹性基材层，所述弹性基材层包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；所述弹性基材层为为聚二甲基硅氧烷薄膜、丙烯酸薄膜、聚氨酯薄膜或高弹橡胶薄膜。

纳米结构，所述纳米结构设于所述弹性基材层的第一表面；所述纳米结构为凸起或者凹陷结构，其中，所述纳米结构的周期为200nm~500nm，当然所述纳米结构的周期还可以为240nm~450nm。

金属层，位于所述弹性基材层的第一表面，且所述金属层覆盖所述纳米结构；这里所述的覆盖所述纳米结构，相邻的纳米结构之间也设有所述金属层；其中，所述金属层可以为镍、铬、锗或钨材料中至少一种。

一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、提供具有周期为1000nm~5000nm纳米结构的基片；所述基片可以是可为硅片、石英片或k9玻璃片；

s2、在所述步骤s1的基础上制备具有周期为1000nm~5000nm纳米结构的弹性纳米结构膜；所述制备弹性纳米结构膜包括以下步骤：

s21、提供具有弹性聚合物材料；

s22、将步骤s21中的弹性聚合物材料设于所述步骤s1中的基片上；

s23、固化，分离所述基片与所述弹性聚合物材料，获得弹性纳米结构膜。

s3、制备周期为200nm~500nm纳米结构的弹性膜；包括以下步骤

s31、对步骤s2中的弹性纳米结构膜进行拉伸，将其拉伸到一定伸长率后固定；

s32、采用氧离子对步骤s31中拉伸后的弹性纳米结构膜进行轰击；

s33、将步骤s32中轰击后的弹性纳米结构膜取出，释放施加在弹性纳米结构膜上的拉力，可制得周期为200nm~500nm纳米结构弹性膜。

s4、在周期为200nm~500nm纳米结构弹性膜上覆盖金属层，可制得柔性可拉伸的电磁波吸收结构。

在其中一实施例中，所述周期为1000nm~5000nm纳米结构可通过激光直写技术或掩膜紫外曝光获得。具有周期为1000nm~5000nm纳米结构的基片可通过离子束刻蚀等手段获得。

图1是本发明的一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构的结构示意图。如图1所示，在本实施例中，柔性可拉伸的电磁波吸收结构，包括：弹性基材层10，所述弹性基材层10包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；所述弹性基材层10为为聚二甲基硅氧烷薄膜、丙烯酸薄膜、聚氨酯薄膜或高弹橡胶薄膜。纳米结构20，所述纳米结构20设于所述弹性基材层10的第一表面；所述纳米结构20为凸起或者凹陷结构，其中，所述纳米结构20的周期为200nm~500nm，当然所述纳米结构20的周期还可以为240nm~450nm。金属层30，位于所述弹性基材层10的第一表面，且所述金属层30覆盖所述纳米结构；这里所述的覆盖所述纳米结构20，相邻的纳米结构20之间也设有所述金属层；其中，所述金属层30可以为镍、铬、锗或钨材料中至少一种。具有纳米结构20的弹性基材层10和覆盖纳米结构20的金属层30；其中，纳米结构20为小周期纳米光栅，周期范围在200nm~500nm。具有纳米结构10的弹性基材层10可以为聚二甲基硅氧烷薄膜、丙烯酸薄膜、聚氨酯薄膜或高弹橡胶薄膜。覆盖纳米结构的金属层可以为镍、铬、锗、钨等材料，但不以此为限。

本发明的柔性可拉伸的电磁波吸收结构采用弹性薄膜，具有优异的柔韧性和可拉伸性，在实现小周期纳米结构制备上，较之传统光刻或电子束光刻，更具有普遍性和易制备性；通过改变拉力，氧离子纯物理轰击，得到亚波长纳米结构，在制备小周期纳米结构工艺上提供了一种探索性方法。通过制备的小周期纳米结构配合镀膜工艺，可实现宽带电磁波吸收。因此本发明的柔性可拉伸的电磁波吸收结构不仅具有刚性电磁波吸收结构的特性，而且在物理柔性及拉伸性方面具有优势，另外，可承载一定弯曲和压缩变形，具有广泛的应用前景。

图2是本发明的一种柔性可拉伸的电磁波吸收结构的制备方法的流程示例图。如图2所示，具体制备步骤为：

第一步，提供具有大周期纳米结构的基片；其中，大周期范围可在1000nm-5000nm，基片可为硅片、石英片、k9玻璃片等。其中，大周期纳米结构可通过激光直写技术或掩膜紫外曝光技术获得，具有大周期纳米结构的基片可通过离子束刻蚀等手段获得；

第二步，制备具有大周期纳米结构的弹性纳米结构膜，包括：提供聚二甲基硅氧烷的液体合成材料，通过搅拌、高温抽真空、冷却等过程，其中，搅拌约30min，温度60°真空环境放置30min，冷却15min，确保获得的粘稠液体的纯净度高且无气泡产生，然后将冷却的液体缓慢倒至承载有大周期纳米结构基片的器皿中，至全部覆盖即可，然后真空高温烘烤60min，取出后，剥离大周期纳米结构基片，获得具有大周期纳米结构的弹性纳米结构膜。

第三步，制备小周期纳米结构的弹性膜；包括：对大周期纳米结构的弹性纳米结构膜两端施加一定拉力，将其拉伸到一定伸长率后固定，采用氧离子进行轰击3-10min，取出后，释放施加在弹性纳米结构膜上的拉力，即可制得小周期纳米结构弹性膜；另外，大周期纳米结构的弹性纳米结构膜拉伸率、氧离子轰击时间取决于所需小周期纳米结构尺寸。

第四步，在小周期纳米结构的弹性膜上覆盖金属层，即可制得柔性可拉伸的电磁波吸收结构；可通过磁控溅射或电子束蒸发等镀膜技术实现金属层覆盖。

通过此种方法可制备柔性可拉伸的电磁波吸收结构，具有大幅面，可弯曲、柔性可拉伸的物理特性，且具有刚性吸收结构的吸收特性，使其应用领域更为广泛。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。