一种立式透明超材料吸波体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及吸波材料以及超材料领域，具体涉及一种立式透明超材料吸波体。
【背景技术】
[0002]微波吸收材料，又称吸波材料，能吸收、衰减入射的电磁波并将其转化成热能损耗掉而广泛应用于军事隐身、电磁屏蔽以及人体安全防护方面。根据损耗机理，吸波材料可分为电阻损耗型、磁损耗型和介电损耗型，通常是无机吸波介质和有机基体的复合物。这些复合物在可见光波段都是不透明的，尤其是其中的吸波介质对光波的吸收很强，使得吸波材料通常呈现黑色。
[0003]随着科技的进步和信息化程度的不断提升，吸波材料的重要性越来越突出，并且向着高性能和多功能的趋势发展，例如为了能够满足吸波材料应用在飞行器座舱、电子不停车收费系统、射频识别系统、无线通讯、柔性电子器件等方面的需求，材料需要同时具备宽带的吸波性能以及高的可见光透明性。在这类材料发展的早期，人们根据电阻损耗型共振吸收的特点，使用单层透明电阻材料设计得到单频吸收的Salisbury屏，为了拓展吸收带宽，又使用多层透明电阻材料设计得到Jaumann屏。但这两种经典结构都受制于厚度大、透光率低、吸收带宽窄的缺点，限制了它们的发展和应用。
[0004]近年来，超材料由于其特殊的电磁性质以及在微波吸收中的潜在应用得到了极大的关注。超材料是由亚波长的人工结构周期性排列而形成的新型材料，其性能极大程度上取决于结构单元的几何形状、尺寸，通过调节这些参数，可以设计得到一些传统材料不具备的特性，如负折射效应、逆多普勒效应、完美成像等。与传统吸波材料的不同，超材料的性能主要取决于结构而不是组分，因此具有更强的可设计性，更容易在尺寸小、厚度薄的情况下得到强吸收，也更易于获得多功能性。通过选择合适的基体和人工结构，可以实现在可见光段透明的吸波体。
[0005]例如，IEEETransact1ns on Microwave Theory Techniques期刊(2012年第8期，2456页)报道了通过三层平面型结构设计得到了在915-928MHz内实现90%以上吸收，透光率在75%以下的一种透明吸波体。ACS Photonics期刊(2014年第I期，279页)通过对金属微网进行图案化设计并使用透明基体作为介质层，得到在5.8-12.2GHz内实现90%以上的吸收，透光率最高达71 %的超材料透明吸波体。
[0006]目前研究报道的关于透明超材料吸波体，其超材料单元皆采用平面型结构，即超材料单元与反射背板在同一个平面内，虽然可以在一定频段内实现近乎完美的吸收，也可以在较低的厚度下达到一定的可见光透明度。但是这类超材料的透光度受到了人工结构占有率的影响而往往不高，且吸波性能主要依靠超材料的共振特性，使得吸收频带较窄。发展一种高透光率、宽频超材料吸波体仍然是一个需要解决的具有重要现实意义的难题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种立式透明超材料吸波体，从而解决目前的吸波体无法兼顾宽带吸波与高可见光透过率的问题。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用技术方案是:一种立式透明超材料吸波体，其特征在于由透明平板基体、透明超材料单元、透明反射背板组成，其中透明反射背板贴合在透明平板基体的一侧，透明超材料单元置于透明反射背板上，且透明超材料单元嵌入在透明平板基体中形成周期性阵列。
[0009]本发明所采用技术方案的特点是:采用立式超材料，即透明超材料单元与透明反射背板不在同一个平面内，且全部使用透明材料组成。所述透明超材料单元与透明反射背板呈1_90°夹角。
[00?0]所述透明平板基体的厚度为2-30mm，透明超材料单元的厚度为0.l-5mm，透明反射背板的厚度为0.l-5mm。
[0011]所述的周期性阵列中，处于同一平面内的相邻透明超材料单元之间的距离为0.1-10mm，处于不同平面内的相互平行的相邻透明超材料单元之间的距离为0.l-20mm。
[0012]所述的透明平板基体可以是透明高分子、透明无机材料或它们按任意配比的复合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、普通玻璃、石英玻璃等中的一种或多种按任意配比的复合材料。
[0013]所述的透明超材料单元由透明导电薄膜单元(或称薄膜单元)附着在条状透明基体上形成，透明导电薄膜单元的边沿与条状透明基体的边沿距离为0-20mm;所述的条状透明基体可以是透明高分子、透明无机材料或它们任意配比的复合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、普通玻璃、石英玻璃等中的一种或多种按任意配比的复合材料；
[0014]所述的透明导电薄膜单元的方阻为1-1000Ω/sq，透明导电薄膜单元的材料可以是氧化铟锡、掺杂氟的二氧化锡、铝掺杂的氧化锌、聚合物基透明导体等中的一种。
[0015]所述的透明导电薄膜单元为图案化结构，其图案可以为方环、圆环、开口环或它们的变形体中的一种或多种。
[0016]所述的透明反射背板由反射层和支撑层组成，反射层可以为方阻在1-1000Ω/sq之间的连续导电膜;也可以为图案化的周期单元(周期性结构)，周期单元可以为方阻在1-1000 Ω/sq范围内的导电膜构成的方环、圆环、开口环等中的一种或它们的变形体。反射层的材料可以是氧化铟锡、掺杂氟的二氧化锡、铝掺杂的氧化锌、聚合物基透明导体等中的一种;支撑层可以是透明高分子、透明无机材料或它们任意配比的复合物，支撑层可以是普通玻璃、石英玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯。
[0017]所述透明反射背板的反射层处于内侧，支撑层处于外侧。
[0018]所述的立式透明超材料吸波体可以在微波段内实现90%以上的吸收且可见光透明度不低于80 %。
[0019]本发明将透明平板基体、透明超材料单元、透明反射背板组合制备立式透明超材料吸波体，通过调节透明超材料单元的形状、尺寸、分布密度(透明超材料单元之间的间距)，透明导电薄膜单元的方阻，透明导电薄膜单元的边沿与条状透明基体的边沿的距离来调节立式透明超材料吸波体的吸收频带和吸收深度。本发明使用立式超材料的设计，入射电磁波的磁场分量垂直于透明超材料单元，产生磁激发在超材料表面形成电流，利用透明超材料单元高欧姆损耗的特性，从而实现宽带的吸收。且透明超材料单元采用立式的结构特点，可以提高吸波体的透光率。
[0020]与现有技术相比，本发明得到了一种结构简单，性能容易调节，兼顾宽带吸波性能和高可见光透明度的立式透明超材料吸波体。且较于现有报道，本发明采用立式超材料的设计，在获得宽带吸波性能的同时，保持了较高的可见光透明度。
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1、实施例4中矩形开口环型超材料单元示意图；
[0022]图2为本发明实施例1中透明超材料单元示意图；
[0023]图3为本发明实施例1中立式透明超材料吸波体示意图；
[0024]图4为本发明实施例1中立式透明超材料吸波体模拟及实测吸波性能图；
[0025]图5为本发明实施例1中立式透明超材料吸波体实测透光率；
[0026]图6为本发明实施例2中方环型超材料单元示意图；
[0027]图7为本发明实施例2中立式透明超材料吸波体吸波性能模拟图；
[0028]图8为本发明实施例3中圆环型超材料单元示意图；
[0029]图9为本发明实施例3中立式透明超材料吸波体吸波性能模拟图；
[0030]图10为本发明实施例4中立式透明超材料吸波体吸波性能模拟图。
[0031]图11为本发明实施例5中矩形双开口环型超材料单元示意图；
[0032]图12为本发明实施例5中透明反射背板图案化结构示意图；
[0033]图13为本发明实施例5中立式透明超材料吸波体吸波性能模拟图；
[0034]其中