本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种透明吸波超材料。
背景技术
随着现代科技与电子工业的快速发展，许多电子产品进入人们的生活环境，给人们带来便利生活的同时也产生了大量电磁辐射，由此引起的电磁污染已成为一种新的社会公害，吸波材料可以有效吸收电磁辐射，减少电磁干扰，且与电磁屏蔽材料相比具有高效及普适性的特点。与此同时，新型雷达、先进探测器探测技术的相继问世，未来战场上的各种武器系统和战略目标面临着更加严重的威胁，现代军事隐身技术作为提高武器系统生存能力有效手段，受到世界各国的高度重视，通过隐身技术可以减小目标的雷达散射截面，衰减雷达回波强度，进而提高武器装备在战场上的生存和突防攻击能力。吸波材料也是微波暗室、电磁信息泄漏防护、电磁辐射防护、建筑吸波材料等国防军工与民用技术领域中的关键材料。
现有的吸波材料分为传统吸波材料和新型吸波材料，传统吸波材料多为金属微粉、铁氧体、碳化硅、石墨、钛酸钡、导电纤维等，这些传统吸波材料都存在吸波频带窄、密度大等缺点，同时还有光学透明度低的缺点，限制了吸波材料在透明度和吸波要求都较好的结构中的应用，例如：隐身飞机的机舱玻璃、舰船上的窗户玻璃、民用的吸波玻璃等等。同时，现有的透明新型吸波材料多采用有机玻璃作为基质，但是有机玻璃的耐高温性能和化学稳定性差，受到高温后性能变差；硬度较低，容易被刮花；长时间使用后透明度降低。
为此，我们提出一种透明吸波超材料及其使用方法，以解决上述背景技术中提到的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种透明吸波超材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种透明吸波超材料，包括三层结构组成的吸收器，所述吸收器包括有正方形透明导电ito、长方形透明导电ito和透明无机玻璃层，所述正方形透明导电ito位于长方形透明导电ito的上层，所述透明无机玻璃层位于长方形透明导电ito的中间部位。
所述正方形透明导电ito的方阻为30ω/□，所述长方形透明导电ito的方阻为50ω/□。
一种透明吸波超材料的制备方法，具体包括以下步骤：
s1、石英玻璃的清洗与干燥
依次用丙酮、异丙醇分别清洗石英玻璃三次，然后置于乙醇中浸泡十分钟，用去离子水清洗三次后浸入去离子水中超声振荡10min；最后将玻璃置于鼓风干燥中干燥20分钟，温度60℃；
s2、采用磁控溅射工艺在180mm×180mm×2mm的玻璃上制备ito薄膜
按照规定流程启动总电源，然后再大气状态下将溅射室泵抽至真空状态，然后把清洗干燥好的石英玻璃放入衬底托内，将其放入样品转台内，然后再将溅射室上盖落下；控制实验环境完成对石英玻璃的两面完成溅射，正面方阻：30ω/□，背面电阻：50ω/□，停止溅射镀膜，并且取出样品；最后关机，关闭电源；
表面电阻用四探针仪测试，更具实际情况改变参数；
参数设置
氧含量：7％-10％；压强：0.8-1.2mpa；溅射电压：正面200-250v、背面150-200v；基底加热温度：290-310℃；
s3、根据实际尺寸于刻蚀机控制软件中画好图，然后利用激光刻蚀工艺刻蚀方块结构，制备出透明超材料吸波体样品；
激光工作功率：600-900mw；重复频率：20khz；线宽：40μm；刻蚀速度：300-700mm/s。
本发明提供的一种透明吸波超材料，本发明结构上采用的是单层结构，在上表面设计周期性谐振单元来实现宽频带吸收电磁波，更加易于生产制备，加工流程相比于多层结构会更加便捷，成本低，有利于产业化的推广；同时可以设计不同的网板改变上层图案来达到不同的吸波效果；
基质选择上，是无机石英玻璃，石英玻璃硬度高，化学稳定性和耐热性较好，长时间使用性能不会发生变化，稳定性强；
选择的是透明导电ito，进一步体现了该吸波材料对透明度高的要求。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图；
图2为本发明的侧视结构示意图；
图3为本发明的周期排列的开路环谐振器阵列结构示意图；
图4为本发明的图3局部俯视侧板结构示意图。
图中：1正方形透明导电ito、2长方形透明导电ito、3透明无机玻璃层。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
超材料是一种人工电磁功能材料，是目前电磁学，材料学研究的热点。以左手材料，光子晶体，频率选择表面(fss)为代表的超材料在光学成像，小型化天线，电磁波隐形等领域有广泛的应用前景。目前，超材料的研究热点集中在低损耗，宽频带超材料的设计与制备，损耗高和频带窄也是超材料在很多领域应用的瓶颈问题。但是，另外一方面，吸波材料对材料的要求是高损耗，宽频带。因此，利用超材料自身存在的损耗，甚至额外在超材料中引入损耗有可能实现低反射率的吸波材料。超材料吸波体的研究也是目前超材料研究的一个热点，以左手材料吸波体为代表，大多数研究集中在增大吸收强度，调节吸收频率。该类吸波材料主要用于高灵敏的探测器件.隐身技术中的吸波材料，需要满足宽频带的要求。
实施例1
本发明提供了如图1-2的一种透明吸波超材料，包括三层结构组成的吸收器，其特征在于：所述吸收器包括有正方形透明导电ito1、长方形透明导电ito2和透明无机玻璃层3，所述正方形透明导电ito1位于长方形透明导电ito2的上层，所述透明无机玻璃层3位于长方形透明导电ito2的中间部位。
所述正方形透明导电ito1的方阻为30ω/□，所述长方形透明导电ito2的方阻为50ω/□。
结构具体尺寸的优化研究：
利用cstmicrowavestudio2012对图1表示的结构进行模拟仿真，其中x和y轴方向为unitcell，z轴方向为open、andspace为边界条件，并假设电磁波垂直入射到吸波体表面。
通过调节微结构的结构参数，图1中的a、b、h以及上下层透明导电油墨的方阻，来调节微结构单元的等效介电常数ε和有效磁导率μ，使电磁波在超材料的入射表面处波阻抗znin→1，使自由空间实现完美匹配，反射率r最小。在考虑吸波性能的同时要考虑产品实际制备难易程度，在达到最优吸波效果的同时尽可能的简化制备过程。
研究目标
在众多超材料结构中，矩形微结构单元不仅结构简单，而且还和其他形式的单元结构一样，通过合理的设计可以实现多带与宽带等吸波性能。但超材料的电磁性能主要取决于上层排列的周期性谐振单元，对于多层结构，周期性谐振单元的精确对位将极大地影响到材料的电磁性能，实际加工费时且加工费用比较高，而单层组合结构设计的优势是制作简单和花费少，有利于产业化的推广。
本发明基于单层超材料设计和制作的优势，利用正方形到点油墨结构研究玻璃厚度、微结构参数对透明吸波材料电磁性能的影响，设计一种透明吸波超材料，使其在8-18ghz的反射率在8db以下，并且厚度小于3mm，透光率尽可能的大，并根据仿真结果制作透明吸波材料样品，测试其反射率和透光率。
本发明主要研究：
1.吸波材料结构单元的设计：电磁性能主要取决于上层排列的周期性谐振单元，基本单元结构的设计决定着整个超材料的吸波性能通过。
2.结构的优化：以易于生产制备为基本原则，在满足基本吸波要求基础上，优化模型，得到最好的吸波效果。
研究方案大纲：基于超材料吸波原理，设计初步的结构形貌，然后在工程软件cstmicrowavestudio2015上进行模拟仿真，优化结构，修改参数，得到拥有宽吸收频带和强吸收效果的模型。购买或自制材料，制成实物产品，用矢量网络分析仪进行吸波性能测试。若测试结果与模拟结果存在较大误差，通过更改材料或结构等方式，来实现模拟结果和实际测试结果的吻合。
具体研究方案及原理：
1、对于结构设计
目前对于超材料的吸波原理有两种主要的理论解释，一是等效电路方式，二是计算超材料等效电磁参数的方式。这为我们基本结构的设计提供了理论基础和方向。
等效电路方式：在电磁波的激励下，超材料微结构中导电部分会产生交变电流，根据等效电路原理，可将每个独立的周期性结构等效为一个lc谐振电路。以pentry最早提出的开口谐振环为例，如图3-4：
开口相当于一个空间电容，在z方向上会有一个空间电感，所以在特定频率下，电磁波就会产生阻尼谐振，从而消耗能量，达到吸波的效果，谐振频路的公式为：
可以根据所要求的吸收范围，通过结构设计来改变等效电容和电感，从而实现不同频带的吸收。
计算等效电磁参数的方式：此种方式类比传统材料的吸波原理：
一方面是阻抗匹配，即要求电磁波在界面处的反射率尽可能的小，而只有当材料的波阻抗与自由空间的波阻抗匹配时，反射率到达最小，入射的电磁波才能较多的进入材料内部。
界面处微博的反射系数取决于界面处波阻抗z与自由空间波阻抗z0的差异:
上式中：z＝e/h＝μrμ0/εr为介质波阻抗(e、h分别表示介中有电磁波传播时的电场强度和磁场强度)；z0＝μ0/ε＝377ω，为自由空间的波阻抗。
另一方面内部损耗，评价材料吸波性能的主要电磁参数有损耗因子(损耗角正切)、复介电常数(εr＝ε′－jε″)、复磁导率(μr＝μ′－jμ″)等。其能量损耗可表示为：
其中：tgδe和tgδm分别为电损耗角正切和磁损耗角正切，分别表示电损耗大小和磁损耗大小。从式中可以看出，ε″和μ″越大则损耗角越大，越有利于电磁波衰减损耗，因此提高吸波材料吸波性能的基本途径是提高吸波材料的电损耗和磁损耗。即提高复介电常数和复磁导率的虚部值。超材料可以通过结构设计调节等效电磁参数，从而达到在特定频率完美的吸收效果。一般来说有两种方式来得到超材料的等效电磁参数，一是通过理论计算，而是通过软件模拟。软件模拟更加的方便且精确，所以一般选用后者来得到超材料的等效电磁参数。通过结构设计来改变等效电磁参数，使其满足理论上能达到优良吸波效果的值。
2、对于具体尺寸的优化
采用cstmicrowavestudio2015对模型进行模拟，cst是一款专门用来进行3d电磁仿真的工程软件，它操作方便，计算精确，能准确的模拟出设计模型的电磁性能。在cst上进行仿真模拟，运用控制变量的方法来探究某些关键尺寸或参数对结构吸波性能的影响，从而得到吸波效果最好的结构尺寸。
研究方法：
1、原理研究法：从与超材料有关的基本原理，等效电路原理，等效参数的计算，电磁谐振入手，通过理论分析，设计出理想结构。
2、仿真模拟研究法：通过工程软件对设计结构进行仿真模拟，采用控制变量法，研究各种尺寸与材料参数对吸波性能的影响，优化结构，修改参数获得性能最优良的模型。
结构参数：b＝15mma＝8mmh＝3mm。
一种透明吸波超材料的制备方法，具体包括以下步骤：
s1、石英玻璃的清洗与干燥
依次用丙酮、异丙醇分别清洗石英玻璃三次，然后置于乙醇中浸泡十分钟，用去离子水清洗三次后浸入去离子水中超声振荡10min；最后将玻璃置于鼓风干燥中干燥20分钟，温度60℃；
s2、采用磁控溅射工艺在180mm×180mm×2mm的玻璃上制备ito薄膜
按照规定流程启动总电源，然后再大气状态下将溅射室泵抽至真空状态，然后把清洗干燥好的石英玻璃放入衬底托内，将其放入样品转台内，然后再将溅射室上盖落下；控制实验环境完成对石英玻璃的两面完成溅射，正面方阻：30ω/□，背面电阻：50ω/□，停止溅射镀膜，并且取出样品；最后关机，关闭电源；
表面电阻用四探针仪测试，更具实际情况改变参数；
参数设置
氧含量：7％-10％；压强：0.8-1.2mpa；溅射电压：正面200-250v、背面150-200v；基底加热温度：290-310℃；
s3、根据实际尺寸于刻蚀机控制软件中画好图，然后利用激光刻蚀工艺刻蚀方块结构，制备出透明超材料吸波体样品；
激光工作功率：600-900mw；重复频率：20khz；线宽：40μm；刻蚀速度：300-700mm/s。
综上所述，与现有技术相比，本发明结构上采用的是单层结构，在上表面设计周期性谐振单元来实现宽频带吸收电磁波，更加易于生产制备，加工流程相比于多层结构会更加便捷，成本低，有利于产业化的推广；同时可以设计不同的网板改变上层图案来达到不同的吸波效果；
基质选择上，是无机石英玻璃，石英玻璃硬度高，化学稳定性和耐热性较好，长时间使用性能不会发生变化，稳定性强；
选择的是透明导电ito，进一步体现了该吸波材料对透明度高的要求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。