一种吸波超材料的制作方法

本发明涉及材料领域，更具体地，涉及一种吸波超材料。

背景技术：

随着科学技术发展的日新月异，以电磁波为媒介的技术、各种产品越来越多，电磁波辐射对环境的影响也日益增大。无线电波可能对机场环境造成干扰，导致飞机航班无法正常起飞；移动电话可能常会干扰各种精密电子医疗器械的工作；即使是普通计算机，也会辐射携带信息的电磁波，它可能在几公里以外被接收和重现，从而造成国防、政治、经济、科技等方面情报的泄漏。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料，即吸波材料，已成为材料科学的一大课题。另外，吸波材料包括军事在内的其它方面也有广泛应用，比如隐形机，隐形衣等。

吸波材料是能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料，材料吸收电磁波的基本条件是：(1)电磁波入射到材料上时，它能最大限度地进入材料内部，即要求材料具有匹配特性；(2)进入材料内部的电磁波能迅速地几乎全部衰减掉，即衰减特性。实现第一个条件的方法之一是采用特殊的边界条件，如在高电导、高磁导吸波材料的表面涂敷电导、磁导接近空气电导、磁导的介质，使电磁波最大限度地入射；而实现第二个条件则要求材料具有高的电磁损耗性。

现有的吸波超材料由人造微结构和基板材料组成，通过改变人造微结构的介电常数和磁导率得到的吸波材料，对特定频率的电磁波相对于普通吸波材料来说，吸收效果已经有了较大的进步，但是通常吸收效果比较好的频段非常窄，不能满足宽频吸波要求，同时吸波材料的重量也比较大。

针对相关技术中的上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的吸波材料吸收电磁波的工作频率较窄以及吸波材料的重量较大的问题，本发明提供了一种吸波超材料。

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种吸波超材料，包括：高介电常数板材；多个微结构排布在高介电常数板材上；其中，微结构包括轻质低介电材料层和/或覆盖在轻质低介电材料层一侧表面上的电阻结构层，一部分微结构沿着高介电常数板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微结构沿着与表面垂直的竖直方向呈叠层排布。

在上述吸波超材料中，高介电常数板材的介电常数大于10，轻质低介电材料层的介电常数不大于10。

在上述吸波超材料中，在所有微结构中，轻质低介电材料层与电阻结构层各自的总层数相同。

在上述吸波超材料中，在所有微结构中，轻质低介电材料层与电阻结构层各自的总层数不相同。

在上述吸波超材料中，电阻结构层的厚度为0.020mm～0.030mm。

在上述吸波超材料中，轻质低介电材料层和电阻结构层的表面均施加有胶膜。

在上述吸波超材料中，胶膜包括聚酰胺胶膜、聚醚砜树脂胶膜、环氧丙烷胶膜、丙烯酸胶膜中的一种或者多种。

在上述吸波超材料中，在每一个微结构中，电阻结构层的面积小于轻质低介电材料层的面积。

在上述吸波超材料中，在每一个微结构中，电阻结构层和轻质低介电材料层均呈矩形，且二者的长或宽相等。

在上述吸波超材料中，轻质低介电材料层和电阻结构层具有相同的对称轴。

在上述吸波超材料中，吸波超材料的工作频段范围为1.3GHz～18GHz。

在上述吸波超材料中，吸波超材料的面密度不超过1.5kg/m²。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种吸波超材料，包括：两个高介电常数板材；多个微结构排布在两个高介电常数板材之间；其中， 微结构包括轻质低介电材料层和/或覆盖在轻质低介电材料层一侧表面上的电阻结构层，一部分微结构沿着高介电常数板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微结构沿着与表面垂直的竖直方向呈叠层排布。

本发明采用高介电常数板材以及由轻质低介电材料层和/或电阻结构层所形成微结构的综合设计，利用高介电常数板材能有效降低吸波超材料的整体厚度，利用轻质低介电材料层(如蜂窝结构层、PMI泡沫层等等)能有效降低吸波超材料的整体重量，利用电阻结构层形成电阻屏，通过电阻屏形成Salisbury屏，从而达到吸波的效果，同时综合吸波超材料各层的效应，从而实现了宽频的吸波效果。与单层微结构或纯材料相比，本发明的吸波超材料可以显著提高吸波效果，面密度不超过1.5kg/m²。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例1的吸波超材料的俯视图；

图2是本发明实施例图1的吸波超材料的左视图；

图3是本发明的图1的吸波超材料的反射率曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种吸波超材料，包括高介电常数板材、多个微结构排布在该高介电常数板材上，其中，该微结构包括轻质低介电材料层和/或覆盖在轻质低介电材料层一侧表面上的电阻结构层，一部分微结构沿着高介电常数板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微结构沿着与表面垂直的竖 直方向呈叠层排布。其中，本发明中的高介电常数板材的介电常数大于10，且该高介电常数板材可以是金属板，如铜板、铝板等，同时，轻质低介电材料层的介电常数不大于(即小于或者等于)10，且该轻质低介电材料层可以是蜂窝结构层、PMI泡沫层等等，本发明采用高介电常数板材以及由轻质低介电材料层和/或电阻结构层所形成微结构的综合设计，利用高介电常数板材能有效降低吸波超材料的整体厚度，利用轻质低介电材料层(如蜂窝结构层、PMI泡沫层等等)能有效降低吸波超材料的整体重量，利用电阻结构层形成电阻屏，通过电阻屏形成Salisbury屏，从而达到吸波的效果，同时综合吸波超材料各层的效应，从而实现了宽频的吸波效果。

其中，在吸波超材料的所有微结构中，轻质低介电材料层与电阻结构层各自的总层数可以相同或不相同，可以根据实际需求进行设置。同时，在吸波材料的竖直方向上，多个微结构可成层排布，本发明对该层数不做具体限定，可以根据实际需求设定，如：该层数可设置成是奇数，也可设置成偶数。同时，在距离金属板较近的一端，在底层微结构层的上方或下方，可以紧贴设置高介电常数的材料层，该高介电常数的材料的层数和厚度需根据实际需求确定，从而进一步提高该吸波材料的吸波效果。

其中，电阻结构层的为0.020mm～0.030mm。在优选实施例中，电阻结构层的厚度为0.025mm。其中，在每个微结构中，电阻结构层的电阻结构为竖条，电阻结构层的面积小于相邻轻质低介电材料层的面积，且电阻结构层和轻质低介电材料层均呈矩形，且二者的长相等，本领域普通技术人员应当明白，电阻结构层和轻质低介电材料层的长度相等属于一个列举的实施例，也可以将电阻结构层和轻质低介电材料层的宽度设置成等值，此外，轻质低介电材料层和电阻结构层具有相同的对称轴。

在吸波超材料的每层在每个微结构中，电阻结构层的宽度以及相对于轻质低介电材料层一侧表面上的位置均是可调的，例如，电阻结构层可位于轻质低介电材料层一侧表面的中间位置或者边缘位置，在优选的实施例中，电阻结构层覆盖在轻质低介电材料层的中间位置。

本发明的吸波超材料中叠层排布方向上的微结构中轻质低介电材料层的厚度是可以调节的，轻质低介电材料层的厚度在3.2mm至9mm的范围 内，在优选的实施例中，轻质低介电材料层的厚度为6.1mm。

在实施例1中，如图1所示，在高介电常数板材的一表面上，吸波超材料水平方向上包括一个微结构，在该微结构中，电阻结构层2位于轻质低介电材料层1的中间位置，如图2所示，在与高介电常数板材的上述表面垂直的竖直方向上，该吸波超材料包括6个微结构，每个微结构包括轻质低介电材料层1和覆盖在轻质低介电材料层一侧表面上的电阻结构层2，具体地，该吸波材料包括1层高介电常数板材3以及6个微结构，在高介电常数板材3上叠层排布的6个微结构中，每个微结构上覆盖一层电阻结构层2，当然，在其他的实施方式中，可以有一个或者多个相邻层之间没有电阻结构层2，也就是说，在其他实施方式中，存在有些微结构仅仅只包括轻质低介电材料层1，图3是图1的吸波超材料的反射率曲线图，其中，X轴为频率(GHz)，Y轴为dB，由图3可知，当吸波材料的工作频段范围为1.3GHz～18GHz时，反射率小于-10dB，该吸波材料在上述低频段具有较好的吸波性能。

本发明中的各个轻质低介电材料层、电阻结构层和高介电常数板材之间可以通过胶膜的形式结合在一起，胶膜包括聚酰胺胶膜、聚醚砜树脂胶膜、环氧丙烷胶膜、丙烯酸胶膜中的一种或者多种。

同时，本发明还提供了一种吸波超材料包括：两个高介电常数板材；多个微结构排布在两个高介电常数板材之间；其中，微结构包括轻质低介电材料层和/或覆盖在轻质低介电材料层一侧表面上的电阻结构层，一部分微结构沿着高介电常数板材的一表面呈水平方向排布，另一部分微结构沿着与表面垂直的竖直方向呈叠层排布。其中，本发明中的高介电常数板材的介电常数大于10，且该高介电常数板材可以是金属板，如铜板、铝板等，同时，轻质低介电材料层的介电常数不大于(即小于或者等于)10，且该轻质低介电材料层可以是蜂窝结构层、PMI泡沫层等等，在另外一个实施例中，本发明通过在保证了宽频吸波效果的前提下，吸波材料进一步通过采用两个高介电常数的板材，能够进一步降低吸波超材料的整体的厚度。

其中，在该实施例中，在吸波超材料的所有微结构中，轻质低介电材料层与电阻结构层各自的总层数可以相同或不相同，可以根据实际需求进 行设置。同时，在吸波材料的竖直方向上，多个微结构可成层排布，本发明对该层数不做具体限定，可以根据实际需求设定，如：该层数可设置成是奇数，也可设置成偶数。

同时，在该实施例中，电阻结构层的为0.020mm～0.030mm。在优选实施例中，电阻结构层的厚度为0.025mm。在该吸波材料中，各个轻质低介电材料层、电阻结构层和高介电常数板材之间可以通过胶膜的形式结合在一起，胶膜包括聚酰胺胶膜、聚醚砜树脂胶膜、环氧丙烷胶膜、丙烯酸胶膜中的一种或者多种。

此外，在该实施例中，在每个微结构中，电阻结构层的面积小于轻质低介电材料层的面积，同时，具有相同的对称轴的电阻结构层和轻质低介电材料层，两层均呈矩形，且二者的长或宽相等，同时，该吸波材料的工作频段范围为1.3GHz～18GHz时，该吸波材料在上述低频段具有较好的吸波性能。

本发明采用高介电常数板材以及由轻质低介电材料层和/或电阻结构层所形成微结构的综合设计，利用高介电常数板材能有效降低吸波超材料的整体厚度，利用轻质低介电材料层(如蜂窝结构层、PMI泡沫层等等)能有效降低吸波超材料的整体重量，利用电阻结构层形成电阻屏，通过电阻屏形成Salisbury屏，从而达到吸波的效果，同时综合吸波超材料各层的效应，从而实现了宽频的吸波效果。与单层微结构或纯材料相比，本发明的吸波超材料可以显著提高吸波效果，面密度不超过1.5kg/m²。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。