一种超透射电磁波超材料结构及其制备方法与流程

本发明属于材料学技术领域，尤其涉及一种超透射电磁波超材料结构及其制备方法。

背景技术：

电磁波及声波超材料是一种人造功能材料，通过对其微结构(而不是材料组分)进行设计，超材料可以表现出自然界传统材料所无法具有的物理性质，如负介电常数(负模量)、负磁导率(负密度)以及负折射率等。用超材料包覆一个物体可以实现该物体的电磁波或声波透明，此时物体对于电磁波或声波是“不可见的”。因此电磁波和声波透明现象在低可测技术、抗干扰技术和电磁(声波)兼容技术以及光学(声波)中的隐形技术等方面有着重要的应用前景。

就目前对超透射材料的研究而言，对a金属附着在b材料表面的微结构周期阵列结构所表现出的超强透射效应的物理机制还没有系统的研究和解释，试图从实验结果对该结构进行分析，找出其中规律，从而得知某系列的微结构对特定波段的电磁波有较好的透射性能。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术中，透射电磁波超材料制备成本高，透射率低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种超透射电磁波超材料结构制备方法。

本发明是这样实现的，一种超透射电磁波超材料结构制备方法，包括以下步骤：

构建超透射电磁波超材料模型；利用仿真软件进行数值模拟，对影响电磁波透射率的参数进行调整，得出优化的数据；

利用仿真的结果，绘出相应的3d模型骨架，通过3d打印机，基于光敏树脂材料，打印出超材料骨架；

在3d打印的超材料骨架表面采用电铸镀铜法镀一层铜，镀铜之前，对超材料骨架进行表面处理。

进一步，构建超透射电磁波超材料模型中：

使1～17ghz电磁波入射至构建的模型上，计算出电磁波在超材料中穿过时的透射率，结果表明在11.5ghz时电磁波的透射率能达到100％。

进一步，在制得实物表面镀一层厚度0.1mm的铜。

进一步，所述超透射电磁波超材料结构模型的单元为立方体六面都贯穿有孔的骨架结构。

本发明另一目的在于提供一种利用上述基于3d打印的超透射电磁波超材料结构制备方法制备的隐形材料结构。

本发明在构建超透射电磁波超材料模型中，在1～17ghz波段，利用电磁波和物体相互作用，在物体表面产生谐振，使入射到物体上的电磁波反射和吸收减少，从而在谐振处产生电场增强。

本发明的优点及积极效果为：本发明提供的材料是一种对特定波段的电磁波具有较好透射率的材料，可以让材料起到一定作用又不会阻挡电磁波的传播，让电磁波能够完全透过一种超材料结构，使得电磁波几乎没有损失，是非常有意义的。而在特定的某个频率对该频率的电磁波具有较好的透射效果，可以用作隐形材料,通过调节结构的参数，可以在其他频段实现超透射现象；

本发明制备简单，材料比较常见。本发明的材料结构的单元为立方体六面都贯穿有孔的结构，该有孔材料对通过的电磁波产生较强的电磁谐振，这时电磁波可以完全透过该材料。

本发明预计用铜做模型，但是其加工难度较大，成本很高。通过采用树脂材料做材料骨架，再在树脂骨架上面镀一层铜，节约了材料的制备成本。

通过仿真结果，改善结构参数，使电磁波的透射率从70％左右，增加到了接近于100％的透射率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于3d打印的超透射电磁波超材料结构制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的25×25的单层阵列模型图。

图3是本发明实施例提供的6×6的单层阵列模型俯视图。

图4是本发明实施例提供的25×25的单层阵列模型侧视图。

图5是本发明实施例提供的仿真结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的超材料(metamaterial)是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。

本发明实施例提供的超材料在1～17ghz波段，利用电磁波和物体相互作用，在物体表面产生谐振，使入射到物体上的电磁波反射和吸收减少，从而在谐振处产生电场增强。

本发明实施例提供的超透射电磁波超材料骨架，由低聚物、光引发剂、稀释剂组成的光敏树脂构成。

本发明实施例提供的超透射电磁波超材料骨架所用材料，在200纳米～420纳米波长的紫外光照射下立刻引起聚合反应，完成固化，即光敏树脂材料。

所述超透射电磁波超材料结构的单元为立方体六面都贯穿有孔的骨架结构。

所述超透射电磁波超材料在1～17ghz波段，利用电磁波和物体相互作用，在物体表面产生谐振，使入射到物体上的电磁波反射和吸收减少，从而在谐振处产生电场增强。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的超透射电磁波超材料结构制备方法，具体包括：

s101：利用仿真软件仿真，对影响电磁波透射率的参数进行调整，得出优化的数据。模拟的内容：建立超材料结构模型，使1～17ghz电磁波入射至构建的模型上，计算出电磁波在超材料中穿过时的透射率，在11.5ghz时透射率能达到100％。

s102：通过仿真优化后的结果，利用绘图软件画出相应的3d模型，通过3d打印机，基于光敏树脂材料，打印出超材料骨架。

s103：在3d打印的骨架表面镀一层厚度约0.1mm的铜，为确保镀铜均匀，采用电铸镀铜法，结合材料本身的形状特性，镀铜之前对3d打印的骨架进行表面处理，使材料表面足够光滑，减少实验误差。

该电磁波超透射材料的结构由六面都具有贯穿孔的立方体单元骨架构成，电磁波在该材料中传输时，特定波段的电磁波在该材料上形成电磁谐振，产生透射增强，这时电磁波可以完全透过该材料。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

在模型的制备过程中，本发明所述镀铜能在光敏树脂表面有效附着，而且模型容易通过3d打印得到，具体结构为：上下左右都有10mm宽的贯穿孔，骨架厚度为2.5mm，高度为15mm，周期阵列为25×25的一层模型。

如图2所示，本发明中的图形为25×25的单层阵列模型，行列都为25个单元格；

为了方便了解具体图形，图3为6×6的单层阵列模型，即行列都为6个单元格。

如图4所示，每个单元格尺寸相同，骨架宽度都为2.5(mm)。

如图5所示，模型在11.5ghz左右达到最大透射率，接近于1，通过仿真发现，在其树脂材料表面镀上金，银等，虽然效果相近，但是由于金，银材质比较昂贵，故用铜做表面涂层。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于材料学领域，公开了一种基于3D打印的超透射电磁波超材料结构制备方法，超透射电磁波超材料结构的单元为立方体六面都贯穿有孔的骨架结构；制备方法包括：构建超透射电磁波超材料模型；利用仿真软件进行数值模拟，并对影响电磁波透射率的参数进行调整，得出优化的数据；利用仿真的结果，绘出相应的3D模型，采用3D打印机，结合基于光敏树脂材料，打印出超材料骨架；在超材料骨架表面采用电铸镀铜法镀一层铜。本发明使特定频率的电磁波在穿过超材料的传播过程中几乎没有损失，具有较好的透射效果，可以用作隐形材料。

技术研发人员：汪胜祥;秦正鹏;魏国超;覃璐曼;郑亚伟;陈曦冉;陈尚
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：2017.06.21
技术公布日：2017.10.24