一種超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料制造技術(shù)

一種超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料，屬于電子功能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域。該紅外吸波結(jié)構(gòu)材料由表層面超材料金屬貼片陣列、中間層介質(zhì)層和底層連續(xù)金屬膜組成。當(dāng)電磁波入射到超材料表面時(shí)，金屬層與介質(zhì)層之間相互作用產(chǎn)生電磁耦合作用，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)的周期尺寸及幾何參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)某個(gè)特定頻率電磁波的完美吸收。本發(fā)明專利技術(shù)具有寬頻高吸收性，極化不敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)調(diào)節(jié)灰體、黑體的發(fā)射特性，也可以作為高效的電磁加熱裝置，此外在紅外點(diǎn)陣成像，紅外偽裝以及熱輻射測(cè)量等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于電子功能結(jié)構(gòu)材料
，涉及紅外吸波結(jié)構(gòu)材料，特別是一種基于三種不同矩形陣列金屬貼片的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，超材料由于其所具有的新穎物理效應(yīng)及潛在應(yīng)用價(jià)值受到了廣泛的關(guān)注，并被應(yīng)用于諸多新的領(lǐng)域，如負(fù)折射材料、隱身衣、完美透鏡等。根據(jù)等效媒質(zhì)理論，超 材料的的電磁特性用等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率表示。通過(guò)合理地設(shè)計(jì)超材料的周期尺寸及其幾何參數(shù)，使其與入射的電磁波分別產(chǎn)生電諧振與磁諧振，從而相應(yīng)地控制其等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率。對(duì)超材料的先期研究主要是圍繞其負(fù)磁導(dǎo)率或負(fù)折射率特性來(lái)開(kāi)展工作，因此只考慮超材料的等效介電常數(shù)的實(shí)部和等效磁導(dǎo)率的實(shí)部。但是，由超材料的等效介電常數(shù)的虛部和等效磁導(dǎo)率的虛部產(chǎn)生的損耗也具有很多潛在的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)超材料的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率的調(diào)制，可以使其的等效阻抗與空氣阻抗匹配，達(dá)到零反射的效果，同時(shí)底層金屬的厚度大于電磁波的趨膚深度，使得透射為零，這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)入射電磁波的完美吸收。這種超材料具有高吸收性，極化不敏感，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)調(diào)節(jié)灰體、黑體的發(fā)射特性，也可以作為高效的電磁加熱裝置，此外在紅外點(diǎn)陣成像，熱輻射測(cè)量等領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料，該紅外吸波結(jié)構(gòu)材料基于三種不同矩形陣列金屬貼片的超材料來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外波段寬頻高吸收率的吸波功能。本專利技術(shù)技術(shù)方案如下一種超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料，如圖廣3所示，包括金屬襯底I、位于金屬襯底I表面的介質(zhì)層2和位于介質(zhì)層2表面的超材料3。所述金屬襯底I的厚度大于紅外波段電磁波在金屬襯底I中的趨膚深度。所述位于介質(zhì)層2表面的超材料3由單元超材料結(jié)構(gòu)周期性排列而成，其中單元超材料結(jié)構(gòu)(如圖2所示)是一個(gè)邊長(zhǎng)為a的正方形結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)橫向分布的矩形金屬貼片和兩個(gè)縱向分布的矩形金屬貼片圍繞一個(gè)正方形金屬貼片所形成。所述橫向分布的矩形金屬貼片和縱向分布的矩形金屬貼片尺寸相同，長(zhǎng)度為L(zhǎng)2、寬度為L(zhǎng)3 ;所述正方形金屬貼片邊長(zhǎng)為L(zhǎng)I。上述超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料所述正方形單元超材料結(jié)構(gòu)邊長(zhǎng)為a，4.O μ m ^ a ^ 5· Ομπι ;所述矩形金屬貼長(zhǎng)度為L(zhǎng)2、L 70 μ m ^ L2 ^ 2. 00 μ m,寬度為L(zhǎng)3、O. 65 μ m彡L3彡(λ 80 μ m ;所述正方形金屬貼片邊長(zhǎng)為L(zhǎng)I，L 60 μ m彡LI彡L 75 μ m。所述金屬襯底(I)和超材料(3 )材料為金、銀或鋁。所述介質(zhì)層(2 )材料為Al2O315本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料，當(dāng)紅外波段電磁波垂直入射時(shí)，入射電磁波的電場(chǎng)分別與表面超材料3發(fā)生電諧振,而入射電磁波的磁場(chǎng)與兩層金屬層之間發(fā)生磁諧振，產(chǎn)生相反的平行電流，從而引起諧振響應(yīng)。合理地設(shè)計(jì)三種矩形陣列結(jié)構(gòu)的尺寸使得電諧振與磁諧振在三個(gè)特定頻率點(diǎn)處同時(shí)發(fā)生電磁諧振，能夠獲得寬頻高效吸收效果O本專利技術(shù)具有以下效果I、通過(guò)三種矩形金屬貼片的設(shè)計(jì)，使其在三個(gè)特定頻率點(diǎn)處同時(shí)發(fā)生電磁諧振，從而獲得寬頻高效的紅外波段電磁波吸收效果；2、本專利技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、厚度薄、體積輕的特點(diǎn)，可貼裝于目標(biāo)物體表面，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的紅外偽裝；3、通過(guò)對(duì)超材料3的金屬貼片陣列結(jié)構(gòu)的調(diào)整可以控制吸收峰位置及強(qiáng)度，以滿足紅外波段不同頻率范圍對(duì)紅外電磁波的吸收要求；4、本專利技術(shù)具有極化不敏感、入射角度大等特點(diǎn)。 綜上，本專利技術(shù)具有寬頻高吸收性，極化不敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)調(diào)節(jié)灰體、黑體的發(fā)射特性，也可以作為高效的電磁加熱裝置，此外在紅外點(diǎn)陣成像，紅外偽裝以及熱輻射測(cè)量等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。附圖說(shuō)明圖I為本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中I是金屬襯底、2是介質(zhì)層、3是超材料結(jié)構(gòu)。圖2為本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料中超材料單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料中超材料結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料MA-I的反射率及吸收率曲線。圖5本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料MA-2的反射率及吸收率曲線。圖6本專利技術(shù)提供的超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料MA-3的反射率及吸收率曲線。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式一采用電子束蒸發(fā)沉積及接觸式紫外線曝光工藝制備超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料MA-1，在Si基片上依次電子束蒸發(fā)沉積一層連續(xù)IOOnm的金屬膜(金屬襯底1)，一層連續(xù)的220nm介質(zhì)層Al2O3 (介質(zhì)層2),最后沉積一層IOOnm圖形化的金屬膜(超材料結(jié)構(gòu)3)。其中，超材料結(jié)構(gòu)3周期單元尺寸a=4. 7 μ m，三種矩形陣列尺寸分別為L(zhǎng)l=L 65 μ m,L2=2 μ m, L3=0. 7 μ m0其反射曲線及吸收曲線如圖4所示，從圖4中可以看出，分別在5.5 μ m、6. I μ m、7. I μ m得到99. 9%,99. 7%,99. 3%的吸收峰，獲得了一個(gè)寬頻吸收曲線，但在5. 8 μ m、6. 6 μ m出現(xiàn)吸收凹點(diǎn)，吸收較差，分別為78%、52. 5%。具體實(shí)施方式二 采用電子束蒸發(fā)沉積及接觸式紫外線曝光工藝制備超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料MA-2，在Si基片上依次電子束蒸發(fā)沉積一層連續(xù)IOOnm的金屬膜(金屬襯底1)，一層連續(xù)的220nm介質(zhì)層Al2O3 (介質(zhì)層2),最后沉積一層IOOnm圖形化的金屬膜(超材料結(jié)構(gòu)3)。其中，超材料結(jié)構(gòu)3周期單元尺寸&=4·3μπι，三種矩形陣列尺寸分別為L(zhǎng)l=IJym,L2=1.8ym, L3=0. 75 μ m0其反射曲線及吸收曲線如圖5所示，從圖5中可以看出，在5.6-6. 8μπι范圍內(nèi)，該紅外吸波結(jié)構(gòu)材料的吸收率均在80%以上，同時(shí)分別在5. 7μπκ6.2 μ m、6. 6 μ m得至IJ 95%、93%、93。5%的吸收峰，在6. O μ m、6. 4 μ m出現(xiàn)吸收凹點(diǎn)，吸收率分別為80%、89. 6%。獲得了一個(gè)較好的寬頻吸收曲線。具體實(shí)施方式三采用電子束蒸發(fā)沉積及接觸式紫外線曝光工藝制備超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料MA-3，在Si基片上依次電子束蒸發(fā)沉積一層連續(xù)IOOnm的金屬膜(金屬襯底1)，一層連續(xù)的220nm介質(zhì)層Al2O3 (介質(zhì)層2),最后沉積一層IOOnm圖形化的金屬膜(超材料結(jié)構(gòu)3)。其中，超材料結(jié)構(gòu)3周期單元尺寸a=4. 5 μ m，三種矩形陣列尺寸分別為L(zhǎng)l=L 65 μ m，L2=1.8ym, L3=0. 75 μ m0其反射曲線及吸收曲線如圖6所示，從圖6中可以看出，在5.6-6. 7μπι范圍內(nèi)，該紅外吸波結(jié)構(gòu)材料的吸收率均在90%以上，同時(shí)分別在5. 7μπκ 6.I μ m,6. 5 μ m得到97. 8%,99. 4%,98. 9%的吸收峰，獲得了一個(gè)好的寬頻吸收曲線，實(shí)現(xiàn)了一種優(yōu)良的超材料寬頻中紅外吸波器。綜上所述，本專利技術(shù)中利用電磁波的諧振原理，采用三種不同矩形陣列貼片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的超材料吸收器表現(xiàn)出寬頻高效吸收性能。權(quán)利要求1.ー種超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料,包括金屬襯底(I)、位于金屬襯底(I)表面的介質(zhì)層(2)和位于介質(zhì)層(2)表面的超材料(3);所述金屬襯底(I)的厚度大于紅外波段電磁波在金屬襯底(I)中的趨膚深度；所述位于介質(zhì)層(2 )表面的超本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超材料寬帶紅外吸波結(jié)構(gòu)材料，包括金屬襯底（1）、位于金屬襯底（1）表面的介質(zhì)層（2）和位于介質(zhì)層（2）表面的超材料（3）；所述金屬襯底（1）的厚度大于紅外波段電磁波在金屬襯底（1）中的趨膚深度；所述位于介質(zhì)層（2）表面的超材料（3）由單元超材料結(jié)構(gòu)周期性排列而成，其中單元超材料結(jié)構(gòu)形狀為正方形，由兩個(gè)橫向分布的矩形金屬貼片和兩個(gè)縱向分布的矩形金屬貼片圍繞一個(gè)正方形金屬貼片所形成；所述橫向分布的矩形金屬貼片和縱向分布的矩形金屬貼片尺寸相同。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：翁小龍，杜文芬，鄧龍江，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：