一种超材料、除冰装置及飞行器的制作方法

本发明涉及材料领域，更具体地，涉及一种超材料、除冰装置及飞行器。
背景技术：
：航空飞行器在飞行过程中结冰是广泛存在的一种物理现象，是造成飞行安全事故的重大隐患之一。当飞行器在在低于结冰气象条件下飞行时，大气中的过冷水滴撞击到飞行器表面，容易在机身的突出部位，如机翼前缘、旋翼、尾桨前缘、发动机进气口、空速管、飞机风挡玻璃以及天线罩等部件表面凝华形成结冰。飞行器结冰不仅会增加重量，而且会破坏飞行器外表的气动外形，改变绕流流场，破坏气动性能，造成飞行器最大升力下降，飞行阻力增加，飞行性能降低，严重情况下，会对飞行安全造成致命威胁。此外，对于军用飞机来说，如无人机、运输机等，结冰将直接限制其飞行区域，极大的影响其作战能力。因此对于易结冰的关键部位必须进行除冰防护。现有的除冰方法主要包括：热气除冰、机械除冰、微波除冰、电热除冰。但是，采用发动机引气的热气除冰方法需设计复杂的供气管路，将发动机压气机引出的热气分配到需要除冰的部位，且会影响发动机的功率及工作效率；采用气囊、膨胀管收缩与膨胀使冰层破碎的机械除冰方法会破坏飞行器气动外形，除冰也不彻底；微波除冰又易被雷达捕获；另外，传统的电热除冰一般采用金属箔、金属丝、导电金属膜、电阻丝等作为电加热单元，其不适用于需电磁传输功能的部件。因此，在航空飞行器上如何实现既能除冰，又能具备电磁调制功能，保障电磁信号的传输，已成为业界亟需解决的痛点问题。技术实现要素：针对以上问题，本发明提供了一种超材料，其中，所述超材料包括基底材料层以及叠加在所述基底材料层上的金属微结构层，所述金属微结构层具有周期性排布的闭环连通结构，其中，所述基底材料层与所述金属微结构层共同形成第一金属软板，且所述第一金属软板的端部连接接线端子，并通过所述接线端子与外部电源接通形成导电通路，利用金属通电加热的特性进行电加热。优选的，所述超材料还包括第一预浸料层，所述第一预浸料层通过一层粘接剂与所述金属微结构层进行粘接。优选的，所述超材料还包括第二预浸料层，所述第二预浸料层通过一层粘接剂与所述基底材料层进行粘接。优选的，所述超材料还包括夹芯层，所述夹芯层通过一层胶膜与所述第二预浸料层进行粘接。优选的，所述超材料还包括第三预浸料层，所述第三预浸料层通过一层胶膜与所述夹芯层进行粘接。优选的，在所述夹芯层或者所述第三预浸料层中嵌入第二金属软板。优选的，所述第二金属软板上的金属微结构的形状、尺寸与所述第一金属软板上的金属微结构的形状、尺寸都相同。优选的，所述第二金属软板上的金属微结构的形状、尺寸与所述第一金属软板上的金属微结构的形状、尺寸都不相同。优选的，在所述金属微结构层中，相邻的两个周期单元之间存在交集，且每一个周期单元呈闭环的封闭结构。优选的，在所述金属微结构层中，所述接线端子之间周期性排布的多个周期单元中至少存在一条金属连通线路。另外，本发明还提供了一种除冰装置，其中，所述除冰装置包括以上任一项所述的超材料。此外，本发明还提供了一种飞行器，其中，所述飞行器包括以上任一项所述的超材料。本发明提供的技术方案通过设计导通的金属通路以及对金属通路的特定设计，解决现有电热除冰方式因金属层对电磁信号屏蔽而无法实现电磁信号传输的难题，同时可抑制部件内部电磁收发器件工作频段之外的外来电磁信号的干扰，从而使得在具备良好电磁传输视野的部位布局电磁收发器件如微波毫米波天线等成为可能，同时为飞机朝多传感集成、全空域感知等趋势发展奠定基础，这也将更进一步提升高端航空装备的全信息链贯通。附图说明图1为本发明第一实施例中超材料所包括一种多叠层结构的截面示意图；图2为本发明第二实施例中超材料所包括另一种多叠层结构的截面示意图；图3为本发明第二实施例中超材料所包括另一种多叠层的二维剖面示意图；图4为本发明第二实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图；图5为本发明第二实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的另一种周期性排布示意图；图6为本发明第二实施例中的超材料在te极化下的s21曲线随入射角度theta的变化示意图；图7为本发明第二实施例中的超材料在tm极化下的s21曲线随入射角度theta的变化示意图；图8为本发明第三实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图；图9为本发明第三实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图；图10为本发明第三实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图；图11为本发明第四实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图；图12为本发明第四实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图；图13为本发明第四实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图；图14为本发明第五实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图；图15为本发明第五实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图；图16为本发明第五实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图；图17为本发明第六实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图；图18为本发明第六实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图；图19为本发明第六实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图；图20为本发明第七实施例中超材料所包括另一种多叠层的二维剖面示意图；图21为本发明第七实施例中超材料所包括的双层调制结构上各自金属微结构的周期性排布示意图；图22为本发明第七实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化、tm极化下的s21曲线示意图；图23为本发明第七实施例中超材料所包括的双层调制结构上各自金属微结构的周期性排布示意图；图24为本发明第七实施例中的超材料在入射角度theta＝0～60°度时te极化、tm极化下的s21曲线示意图。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。图1为本发明实施例中超材料所包括多叠层结构的截面示意图。如图1所示，本发明的超材料采用多叠层结构设计，具体的，超材料包括基底材料层1以及叠加在基底材料层1上的金属微结构层2，金属微结构层2具有周期性排布的闭环连通结构，其中，基底材料层1与金属微结构层2共同形成第一金属软板，且第一金属软板的端部分别连接接线端子3，并通过接线端子3与外部电源接通，形成导电通路，以利用金属通电加热的特性进行电加热。其中，基底材料层1既可以是柔性基底材料层，也可以是硬性基底材料层，具体需要根据实际的应用场景而定，例如如果是将该超材料应用到曲面则需要柔性基底材料层，应用到平面的话可以选择硬性基底材料层也可以选择柔性基底材料层。其中，基底材料层1具有绝缘性能优异、耐高低温、拉伸等机械性能良好的特性，将基底材料层1与金属微结构层2共同形成第一金属软板，且第一金属软板在端部连接接线端子3，接线端子3可以通过焊接方式与金属微结构层2上的金属连接，或者其它的连接方式，只要满足接线端子3与金属微结构层2上的金属电连接均可，接线端子3分别通过电源线连接外部电源的正负两极，使金属微结构层2上的金属、接线端子3、电源线、外部电源之间形成导电通路结构，外部电源通过这个电通路结构，对易结冰部位进行电加热除冰。如图1所示，在第一金属软板中，通过刻蚀工艺将基底材料层1上的金属进行刻蚀，进而加工成实际所需要的各种金属微结构图形，金属微结构层2中没有被蚀刻掉的区域就保留金属，金属微结构层2中被保留下来的金属形成一个连通结构，该连通结构为具有周期性排布的闭环连通结构，例如闭环连通结构可以是三角形、四边形、五边形、六边形等多边形的闭环连通结构，也可以是圆形、圆环形等曲线形的闭环连通结构。其中，在金属微结构层2中，相邻的两个周期单元之间存在交集，例如共用一条金属边，且每一个周期单元呈闭环的封闭结构，如果闭环连通结构是三角形、或者四边形、或者五边形、或者六边形等多边形的闭环连通结构，那么金属微结构层2所具有的周期性排布的闭环连通结构就是周期性排布的多个三角形所构成的闭环连通结构且相邻两个三角形之间共用一条金属边，或者是周期性排布的多个四边形所构成的闭环连通结构且相邻两个四边形之间共用一条金属边，或者是周期性排布的多个五边形所构成的闭环连通结构且相邻两个五边形之间共用一条金属边，亦或是周期性排布的多个六边形所构成的闭环连通结构且相邻两个六边形之间共用一条金属边，等等；如果闭环连通结构是圆形、圆环形等曲线形的闭环连通结构，那么金属微结构层2所具有的周期性排布的闭环连通结构就是周期性排布的多个圆形所构成的闭环连通结构且相邻两个圆形之间存在交集，例如共用一个或者多个金属点，或者是周期性排布的多个圆环形所构成的闭环连通结构且相邻两个圆环形之间存在交集，例如共用一个或者多个金属点。其中，在金属微结构层2中，两个接线端子3之间周期性排布的多个周期单元中至少存在一条金属连通线路，这样可以保证第一金属软板端部的接线端子3通电后形成导通通路，而作为加热单元，使得该超材料结构具备电加热除冰功能。如图1所示，超材料还包括第一预浸料层4和第二预浸料层5，分别通过两层粘接剂6粘接在第一金属软板的正反两个表面，具体的，第一预浸料层4通过一层粘接剂6与金属微结构层2的正面进行粘接，金属微结构层2的反面与基底材料层1的正面叠加，第二预浸料层5通过另一层粘接剂6与所述基底材料层1的反面进行粘接。其中，第一预浸料层4和第二预浸料层5中各自的预浸料均为玻璃或石英等纤维预浸料，起到绝缘、强度支撑等作用，两层粘接剂6的作用是用于将第一预浸料层4和第二预浸料层5更好的粘接在第一金属软板的正反两个表面。在本实施方式中，金属微结构层2具有周期性排布的闭环连通结构，这种周期性排布的闭环连通结构的制备是在第一金属软板中通过刻蚀工艺将基底材料层1上的金属进行刻蚀，进而加工成实际所需要的各种金属微结构图形，所有的金属微结构图形在一起是连通的，具体的，这种连通型金属结构图形可视为缝隙型金属结构图形，从外部物理特征而言，缝隙型金属结构图形可看做在一块完整的金属层表面上按照一定的排布形式刻蚀一些金属单元的缝隙。这种缝隙型金属结构图形在电磁波照射下产生的电子可不受限制地流动，从频率响应特性上看，缝隙型金属结构图形具备带通型的电磁调制作用，具体的，这种带通型的电磁调制作用的机理表现在：a)当低频电磁波照射在这种缝隙型金属结构图形的表面时，将激发大范围的电子移动，使得电子吸收大部分能量，而沿缝隙周围的感应电流很小，导致透射系数比较小；b)随着入射电磁波频率的不断升高，电子移动的范围将逐渐减小，沿缝隙周围流动的电流不断增加，透射系数得到改善；c)当入射电磁波的频率达到一定值时，缝隙周围的电子刚好在入射电磁波的电场矢量的驱动下来回移动，在缝隙周围形成较强的感应电流，由于电子吸收大量入射电磁波的能量，同时向外辐射能量，运动的电子透过单元缝隙向透射方向辐射电场，此时的缝隙单元阵列透射系数高；d)当入射电磁波频率继续升高，导致电子的运动范围减小，在缝隙周围的电流将分成若干段，电子透过缝隙辐射出去的电磁波减小，透射系数降低；e)对于在远离缝隙的金属表面上所产生的感应电流，则向反射方向辐射电磁场，且由于高频电磁波电场变化周期限制电子运动，辐射能量有限，故当高频电磁波入射时，透射系数减小，反射系数增大。在本实施方式中，这种缝隙型金属结构图形的表面还可自由组合缝隙型金属表面微元、贴片型金属表面微元，进而实现需要的电磁调制特性。本发明结合电磁收发器件的电磁响应特性和结构、强度要求，对含电加热及电磁调制功能的复合层进行选材，并进行厚度、金属结构图案等一体化设计，实现结构、强度与复合电加热与电磁调制功能的一体化部件。在本实施方式中，根据结构、强度、电磁调控性能等需要，该超材料可进一步增加新的组合介质层，如图2所示。图2为本发明实施例中超材料所包括另一种多叠层结构的截面示意图。如图2所示，虚线框a所表示的是图1中的超材料，虚线框b所表示的是新增的组合介质层。在图1所示的超材料结构的基础上，图2中的超材料还包括夹芯层7和第三预浸料层8，其中，夹芯层7的一面通过一层胶膜9与第二预浸料层5进行粘接，第三预浸料层8通过另一层胶膜9与夹芯层7的另一面进行粘接。图3为本发明第二实施例中超材料所包括另一种多叠层的二维剖面示意图。图3所示的结构图即为将图2中的多叠层结构压合在一起形成一个多叠层的超材料的二维剖面示意图，图3所示的超材料结构是一种集除冰、电磁调制的功能与结构承载功能于一体的夹层结构，一共包括9层，具体的，从上到下，第一预浸料层4的厚度为d1，一层粘接剂6的厚度为d2，第一金属软板(包括基底材料层1和金属微结构层2)的厚度为d3，另一层粘接剂6的厚度为d4，第二预浸料层5的厚度为d5，一层胶膜9的厚度为d6，夹芯层7的厚度为d7，另一层胶膜9的厚度为d8，第三预浸料层8的厚度为d9。其中，第一预浸料层4、第二预浸料层5、第三预浸料层8中各自的预浸料均是低介电、低损耗的石英纤维氰酸酯预浸料，具备高透波及承载作用，同时，第一预浸料层4、第二预浸料层5、第三预浸料层8都是一种很好的蒙皮材料，第一预浸料层4、第二预浸料层5可以用作外蒙皮材料，第三预浸料层8可以用作内蒙皮材料，两层粘接剂6均可以用胶膜来实现粘接，第一金属软板作为电加热层主要由加热材料与绝缘材料组成，本发明中的金属微结构层2就是加热材料，其采用电阻率高、导电率高的金属铜来制作，本发明中的基底材料层1就是绝缘材料，其主要为综合性能优异的聚酰亚胺(pi)薄膜，夹芯层7作为蜂窝层来实现电磁性能优化及承载功能。其中，金属微结构层2中的金属层厚度根据实际需要电阻大小来确定，金属层越厚产生的电阻越小，而薄的金属层则产生的电阻大。在本实施方式中，金属微结构层2中的金属层厚度为18μm，基底材料层1的厚度为25μm，因此本发明中的二者组成的第一金属软板作为电加热层是柔性的，易于在曲面件贴覆，。而且金属铜可被设计成不同拓扑结构镂空图案，实现频选的电磁调制功能。同时，金属微结构层2是连通结构，保证金属微结构层2中的金属在加电后可以形成通路，实现通电加热除冰功能。为实现不同极化和频段的频选功能，金属微结构层2还需要具有周期性排布的闭环结构。本发明的各层之间通过用胶膜来实现粘接。以上使用的材料中，作为蒙皮材料的介电常数为3.15、损耗角正切值为0.006，胶膜材料的介电常数为2.7、损耗角正切值为0.0065，pi薄膜材料的介电常数为3.2、损耗角正切值为0.002，蜂窝材料的介电常数为1.11、损耗角正切值为0.006。图4为本发明第二实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图。如图4所示，金属微结构层2上的金属微结构的基本单元为正六边形，正六边形内部的金属被刻蚀掉，只保留正六边形的六条边上的金属线条以形成正六边形金属环，正六边形金属微结构的六条边上的金属线长均为p，金属线宽均为ww，周期性排布的方式为相邻的两个正六边形金属微结构之间存在交集，例如共用一条金属边，此外正六边形金属环的任意边可弯折处理或变换为任意多边形周期边界，如图5所示将上述六边形环的每条边边进行弯折，这一变形可增加单元内金属线的周长，使透波频带向低频漂移，此外其弯折形式、周期、线宽、线距、弯折长度均可进行特定设计。在本实施方式中，将图4所示金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布应用到图3所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸如下表1所示。表1叠层结构中的主要结构尺寸参数数值(mm)d10.3d20.1d30.043d40.1d50.3d60.2d75.6d80.2d90.3ww0.04p5然后根据上述表格中的尺寸对图3中的超材料进行仿真，结果如图6和图7所示。从图6中可以看出在入射角度theta＝0～60°时，te极化在8-15ghz表现出高通特性，透波大于-1.4db；在入射角度theta＝0～60°时，te极化在0-1.5ghz表现出截止特性，透波均小于-10db。从图7中可以看出在入射角度theta＝0～70°时，tm极化在8-20ghz表现出高通特性，透波大于-1db；在入射角度theta＝0～60°时，tm极化在0-1ghz表现出截止特性，透波均小于-9.4db。因此，从图6和图7的仿真结果来看，本发明中的超材料实现了高频透波、低频截止的频选功能。此外，具有这种类似连通金属层拓扑结构的均可在电加热除冰的基础上复合频选的电磁调制功能。此外，本发明中不仅仅六边形的金属微结构的周期性排布能实现电加热除冰功能，其它任意多边形(如三边形、四边形、五边形等)单元结构之间只要满足存在交集的条件(如共边、共点、共线段等)，均可形成闭环连通结构以实现电通路，进而在作为电加热层通电时能够实现除冰功能，而且通过设计叠层结构中的主要结构尺寸，使其具备特定的电磁调制功能。图8为本发明第三实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图。如图8所示，金属微结构层2上的金属微结构的基本单元结构为正三边形，正三边形内部的金属被刻蚀掉，只保留正三边形的三条边上的金属线条以形成正三边形金属环，正三边形金属微结构的三条边上的金属线长均为p1，金属线宽均为ww1，周期性排布的方式为相邻的两个正三边形金属微结构之间存在交集，例如共用一条金属边，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。此外正三边形金属环的任意边亦可弯折处理或变换为任意多边形周期边界，例如可以如图5所示的弯折方式进行对每条边做弯折处理，这一变形可增加单元内金属线的周长，使透波频带向低频漂移，此外其弯折形式、周期、线宽、线距、弯折长度均可进行特定设计。在本实施方式中，将图8所示的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布应用到图3所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸如下表2所示。表2叠层结构中的主要结构尺寸然后根据上述表格中的尺寸对图3中的超材料进行仿真，结果如图9和图10所示。图9为本发明第三实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图。从图9中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在10-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。图10为本发明第三实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图。从图10中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在10-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。因此，从图9和图10的仿真结果来看，本发明中的超材料实现了高频透波、低频截止的电磁调制功能，此外具有这种类似连通金属层拓扑结构的均可在实现电加热除冰的基础上复合电磁调制功能。图11为本发明第四实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图。如图11所示，金属微结构层2上的金属微结构的基本单元结构为正四边形，正四边形内部的金属被刻蚀掉，只保留正四边形的四条边上的金属线条以形成正四边形金属环，正四边形金属微结构的四条边上的金属线长均为p2，金属线宽均为ww2，周期性排布的方式为相邻的两个正四边形金属微结构之间存在交集，例如共用一条金属边，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。此外正四边形金属环的任意边亦可弯折处理或变换为任意多边形周期边界，例如可以如图5所示的弯折方式进行对每条边做弯折处理，这一变形可增加单元内金属线的周长，使透波频带向低频漂移，此外其弯折形式、周期、线宽、线距、弯折长度均可进行特定设计。在本实施方式中，将图11所示的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布应用到图3所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸如下表3所示。表3叠层结构中的主要结构尺寸参数数值(mm)d10.3d20.1d30.043d40.1d50.3d60.2d75.6d80.2d90.3ww20.3p26然后根据上述表格中的尺寸对图3中的超材料进行仿真，结果如图12和图13所示。图12为本发明第四实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图。从图12中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在12-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。图13为本发明第四实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图。从图13中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在12-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。因此，从图12和图13的仿真结果来看，本发明中的超材料实现了高频透波、低频截止的电磁调制功能，此外具有这种类似连通金属层拓扑结构的均可在实现电加热除冰的基础上复合电磁调制功能。另外，本发明中不仅仅多边形这类直线型的闭环金属连通结构的周期性排布能实现电加热除冰功能，而且其它任意闭环曲线(如圆形、圆环等)单元结构之间只要满足存在交集的条件(如共边、共点、共线段等)，均可形成曲线型的闭环金属连通结构以实现电通路，进而在作为电加热层通电时能够实现除冰功能，而且通过设计叠层结构中的主要结构尺寸还能使其具备电磁调制功能。图14为本发明第五实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图。如图14所示，金属微结构层2上的金属微结构的基本单元结构为圆环形，圆环形的内径为p3，圆环的线宽均为ww3，周期性排布的方式为相邻的两个圆环形相互连接，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。在本实施方式中，将图14所示的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布应用到图3所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸如下表4所示。表4叠层结构中的主要结构尺寸参数量值(mm)d10.3d20.1d30.043d40.1d50.3d60.2d75.6d80.2d90.3ww30.6p36然后根据上述表格中的尺寸对图3中的超材料进行仿真，结果如图15和图16所示。图15为本发明第五实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图。从图15中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在14-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。图16为本发明第五实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图。从图16中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在14-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。因此，从图15和图16的仿真结果来看，本发明中的超材料实现了高频透波功能，此外具有这种类似连通金属层拓扑结构的均可在实现电加热除冰的基础上复合电磁调制功能。另外，本发明中不仅仅直线型的闭环金属连通结构、曲线型的闭环金属连通结构在周期性排布下能实现电加热除冰功能，而且孔状的闭环金属连通结构在周期性排布下也能实现电加热除冰功能，针对孔状的闭环金属连通结构作为单元结构，只要满足单元结构之间相互连接条件，均可形成孔状的闭环金属连通结构的电通路，进而在作为电加热层通电时能够实现除冰功能，而且通过设计叠层结构中的主要结构尺寸还能使其具备电磁调制功能。图17为本发明第六实施例中超材料所包括的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布示意图。如图17所示，金属微结构层2上的金属微结构的基本单元结构为在正六边形的金属片的中间位置镂空一个圆形通孔，以形成孔状的闭环金属连通结构，正六边形的金属片的边长为p4，圆形通孔的半径为r4，周期性排布的方式为相邻的两个正六边形的金属片存在交集，例如共用一条边，以形成相邻的两个单元结构之间相互连接的条件，用于实现二维连通型排布，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。在本实施方式中，将图17所示的金属微结构层2上的金属微结构的周期性排布应用到图3所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸设计如下表5所示。表5叠层结构中的主要结构尺寸参数数值(mm)d10.3d20.1d30.043d40.1d50.3d60.2d75.6d80.2d90.3r44.2p46然后根据上述表格中的尺寸对图3中的超材料进行仿真，结果如图18和图19所示。图18为本发明第六实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时te极化下的s21曲线示意图。从图18中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在18-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。图19为本发明第六实施例中的超材料在入射角度theta＝0度时tm极化下的s21曲线示意图。从图19中可以看出在入射角度theta＝0°时，te极化在18-20ghz表现出高通特性，透波大于-2.5db。因此，从图18和图19的仿真结果来看，本发明中的超材料实现了高频透波的电磁调制功能，此外具有这种类似连通金属层拓扑结构的均可在实现电加热除冰的基础上复合电磁调制功能。由此可知，本发明中将直线型的闭环金属连通结构、曲线型的闭环金属连通结构、孔状的闭环金属连通结构作为基本单元结构在周期性排布下均能实现电加热除冰功能，而且只要满足单元结构之间存在交集的条件(如共边、共点、共线段等)，均可形成孔状的闭环金属连通结构的电通路，进而在作为电加热层通电时能够实现除冰功能，而且通过设计叠层结构中的主要结构尺寸还能使其具备电磁调制功能。实现除冰功能的电加热层(即第一金属软板)除了保证金属层为连通结构以外，还需要将电加热层上的金属通过焊点与电源线相连接以形成接线端子，接线端子利用电源线连接至飞行器上的机载电源上，电加热层产生的热量在冰层和外蒙皮之间溶化出一个薄层，降低冰层和外蒙皮之间的附着力，这样在气动力或离心力的作用下冰层很容易被吹落。在本实施方式中，对于新增的组合介质层来说，为了实现更优异的电磁调制性能，本发明还可以在夹芯层7或第三预浸料层8中单独嵌入图1所示的金属软板，例如第二金属软板，第二金属软板与第一金属软板一样，也包括基底材料层与金属微结构层，第二金属软板与第一金属软板一样，也是作为电磁调制层，但不同的是，第二金属软板作为电磁调制层可以实现整体更优异的电磁调制性能。图20为本发明第七实施例中超材料所包括另一种多叠层的二维剖面示意图。图20所示的超材料结构是一种集除冰、电磁调制的功能与结构承载功能于一体的夹层结构，一共包括13层，在图3的基础上增加了d10、d11、d12，具体的，从上到下，d1-d9与图3所示的相同，即第一预浸料层4的厚度为d1，一层粘接剂6的厚度为d2，第一金属软板的厚度为d3，另一层粘接剂6的厚度为d4，第二预浸料层5的厚度为d5，一层胶膜9的厚度为d6，夹芯层7的厚度为d7，另一层胶膜9的厚度为d8，第三预浸料层8的厚度为d9；d11为第二金属软板，d10、d12为分别覆盖在第二金属软板的上下两个表面上的两层粘接剂，d9和d13一起组成图3中的d9，区别在于厚度不同，即组合在一起的厚度与图3中的d9的厚度不同。因此，图20所示的超材料呈双层调制结构，即第一金属软板作为电加热层实现电加热功能和电磁调制功能，第二金属软板作为电磁调制层可以实现整体更优异的电磁调制性能。图21为本发明第七实施例中超材料所包括的双层调制结构上各自金属微结构的周期性排布示意图。如图21(a)所示，第一金属软板的金属微结构层上的金属微结构的基本单元结构为圆环形，将圆形金属片的内部的金属刻蚀掉，只保留外围的曲线金属线条以形成圆环形，圆环形的内径为p1，圆环的金属线宽均为ww1，周期性排布的方式为相邻的两个圆环形金属微结构之间存在交集，例如两个圆环形相切，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。如图21(b)所示，第二金属软板的金属微结构层上的金属微结构的基本单元结构为圆环形，将圆形金属片的内部的金属刻蚀掉，只保留外围的曲线金属线条以形成圆环形，圆环形的内径为p2，圆环的金属线宽均为ww2，周期性排布的方式为相邻的两个圆环形金属微结构之间存在交集，例如两个圆环形相切，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。在本实施方式中，将图21所示双层调制结构上各自金属微结构的周期性排布应用到图20所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸如下表6所示。表6叠层结构中的主要结构尺寸然后根据上述表格中的尺寸对图20中的超材料进行仿真，结果如图22所示。从图22中可以看出在入射角度theta＝0°时，双层调制结构(即同时包括第一金属软板和第二金属软板)的低频截止带宽明显大于单层调制结构(即仅仅包括第一金属软板)，表明增加金属软板作为电磁调制层有利于扩宽截止带宽，且高频透波未受到影响，从而可以实现整体更优异的电磁调制性能。因此，以上几个实施例说明了，不论直线型的闭环金属连通结构、曲线型的闭环金属连通结构、孔状的闭环金属连通结构作为基本单元结构在金属软板上进行周期性排布均能实现电加热除冰功能和电磁调制功能，而且在第三预浸料层9中单独嵌入图1所示的金属软板(例如第二金属软板)，将第二金属软板上的金属微结构形状和尺寸设计成与第一金属软板上的金属微结构形状和尺寸都相同，可以实现整体更优异的电磁调制性能。但是，如果将第二金属软板上的金属微结构形状设计成与第一金属软板上的金属微结构形状相同但尺寸不同，或者形状和尺寸均不相同，同样可以实现整体更优异的电磁调制性能。图23为本发明第七实施例中超材料所包括的双层调制结构上各自金属微结构的周期性排布示意图。如图23(a)所示，第一金属软板的金属微结构层上的金属微结构的基本单元结构为正六边形，正六边形内部的金属被刻蚀掉，只保留正六边形的六条边上的金属线条以形成正六边形金属环，正六边形金属微结构的六条边上的金属线长均为p1，金属线宽均为ww1，周期性排布的方式为相邻的两个正六边形金属微结构之间存在交集，例如共用一条金属边，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。如图23(b)所示，第二金属软板的金属微结构层上的金属微结构的基本单元结构也为正六边形，正六边形内部的金属被刻蚀掉，只保留正六边形的六条边上的金属线条以形成正六边形金属环，正六边形金属微结构的六条边上的金属线长均为p2，金属线宽均为ww2，周期性排布的方式为相邻的两个正六边形金属微结构之间存在交集，例如共用一条金属边，这种排布可以实现通电时金属层处于通路。此外正六边形金属环的任意边亦可弯折处理或变换为任意多边形周期边界，例如可以如图5所示的弯折方式进行对每条边做弯折处理，这一变形可增加单元内金属线的周长，使透波频带向低频漂移，此外其弯折形式、周期、线宽、线距、弯折长度均可进行特定设计。在本实施方式中，将图23所示双层调制结构上各自金属微结构的周期性排布应用到图20所示的叠层结构中，其中主要的结构尺寸如下表7所示。表7叠层结构中的主要结构尺寸然后根据上述表格中的尺寸对图23中的超材料进行仿真，结果如图24所示。从图24中可以看出在入射角度theta＝0°时，双层调制结构(即同时包括第一金属软板和第二金属软板)的低频截止带宽明显大于单层调制结构(即仅仅包括第一金属软板)，7-15ghz的透波均大于-1db，与单层调制结构的表面透波基本相同，表明增加金属软板作为电磁调制层有利于扩宽截止带宽，且高频透波未受到影响，从而可以实现整体更优异的电磁调制性能。另外，本发明还提供了一种除冰装置，其中，所述除冰装置包括以上任一项所述的超材料。此外，本发明还提供了一种飞行器，其中，所述飞行器包括以上任一项所述的超材料。本发明提供的技术方案在满足除冰功能的基础上复合电磁调制功能，通过设计导通的金属通路以及对金属通路的特定设计，解决现有除冰方式因金属层对电磁信号屏蔽而无法保证电磁信号传输的难题，同时可抑制部件内部电磁收发器件工作频段之外的外来电磁信号的干扰，从而使得在具备良好电磁传输视野的部位布局电磁收发器件，如微波、毫米波天线等成为可能，同时为飞机朝多传感集成、全空域感知等趋势发展奠定基础，这也将更进一步提升高端航空装备的全信息链贯通。本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。当前第1页12