一種混合吸波材料制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種混合吸波材料，其包括衰減層和阻抗匹配層，該阻抗匹配層由多個(gè)均勻的超材料片層構(gòu)成，多個(gè)超材料片層沿垂直于超材料片層表面方向堆疊成為一體且各超材料片層的阻抗沿超材料片層的堆疊方向漸變，最外層的超材料片層的阻抗與自由空間相同，最里層的超材料片層的阻抗與衰減層的阻抗相同。本發(fā)明專利技術(shù)混合吸波材料使得入射電磁波在混合吸波材料表面不產(chǎn)生反射，吸波性能更好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種吸波材料，尤其涉及一種混合吸波材料。
技術(shù)介紹
吸波材料是指能夠吸收衰減入射電磁波能量，并通過材料的介質(zhì)損耗使其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能或其他能量形式的一類功能復(fù)合材料。吸波材料在治理電磁污染、制造隱身材料等方面具有巨大的應(yīng)用前景。衡量吸波材料的性能主要是通過吸波材料的阻抗匹配特性和衰減特性。所謂阻抗匹配特性是指吸波材料阻抗與自由空間阻抗應(yīng)盡量相等使得入射的電磁波盡量多的被吸收；所謂衰減特性是指被吸收的入射電磁波應(yīng)盡量多的被消耗。·傳統(tǒng)的吸波材料，例如鐵氧體、導(dǎo)電高聚物材料、碳纖維材料、炭黑等主要是利用材料本身的性質(zhì)對電磁波的吸收作用，將入射電磁波轉(zhuǎn)化為其他形式能量消散掉。傳統(tǒng)吸波材料多為多種材料按不同比例混合的復(fù)合吸波材料，在復(fù)合吸波材料的制作過程中不僅需要考慮其衰減特性而且還需要考慮其阻抗匹配特性。在兩個(gè)特性的要求下，配制出吸波性能優(yōu)良的復(fù)合吸波材料是非常困難的。并且由于材料本身物理性質(zhì)的限制使得復(fù)合吸波材料的阻抗匹配特性一般不佳，自由空間入射的電磁波在經(jīng)過該吸波復(fù)合材料時(shí)反射率聞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，通過將超材料和傳統(tǒng)吸波材料有效結(jié)合提出一種阻抗匹配特性和衰減特性都良好的混合吸波材料。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提出一種混合吸波材料，其包括包括衰減層和阻抗匹配層，該阻抗匹配層由多個(gè)均勻的超材料片層構(gòu)成，該多個(gè)超材料片層沿垂直于該超材料片層表面方向堆疊成為一體且該各超材料片層的阻抗沿超材料片層的堆疊方向漸變，最外層超材料片層的阻抗與自由空間相同，最里層超材料片層的阻抗與衰減層的阻抗相同。該衰減層的制造材料為鐵氧體、導(dǎo)電高分子聚合物、碳纖維復(fù)合材料、碳化硅纖維復(fù)合材料、炭黑、BaTA、FeTiO3或PbTiO3中的一種。每個(gè)超材料片層包括基材和周期陣列附著于該基材上的多個(gè)相同的人造微結(jié)構(gòu)，各片層所附著的人造微結(jié)構(gòu)具有相同的幾何形狀且各片層的人造微結(jié)構(gòu)的尺寸沿片層的堆疊方向漸變，該最外層超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)尺寸最小，該最里層超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)尺寸最大。本專利技術(shù)混合吸波材料超材料片層的基材上附著的該人造微結(jié)構(gòu)呈“工”形，其包括第一金屬分支和分別連接在該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支。該人造微結(jié)構(gòu)還包括分別連接在該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支、分別連接在該第三金屬分支兩端且垂直于該第三金屬分支的第四金屬分支，依此類推。該第二金屬分支的長度小于該第一金屬分支，該第三金屬分支的長度小于該第二金屬分支，該第四金屬分支的長度小于該第三金屬分支，依此類推。本專利技術(shù)混合吸波材料超材料片層的基材上附著的每個(gè)該人造微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支、分別連接在每個(gè)該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個(gè)該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類推。每個(gè)超材料片層包括基材和周期陣列附著于該基材上的多個(gè)相同的人造微結(jié)構(gòu)；該最外層超材料片層附著有多個(gè)具有第一圖形的第一人造微結(jié)構(gòu)，該最里層超材料片層附著有多個(gè)具有第二圖形的第二人造微結(jié)構(gòu)，中間若干超材料片層所附著的若干個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的圖形均為該第一圖形和該第二圖形的組合，且該中間若干超材料片層所附著的該若干 個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的圖形變化規(guī)律為沿片層堆疊方向該第一圖形連續(xù)減小、該第二圖形連續(xù)增大。本專利技術(shù)混合吸波材料超材料片層的基材上附著的該第一人造微結(jié)構(gòu)呈“工”形，該第二人造微結(jié)構(gòu)呈“H”形。該基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。該人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于該基材上。該第一人造微結(jié)構(gòu)和該第二人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于該基材上。本專利技術(shù)由各類傳統(tǒng)吸波材料構(gòu)成衰減層，并在衰減層上構(gòu)建具有由超材料制成的具有阻抗?jié)u變特性的阻抗匹配層，自由空間入射的電磁波經(jīng)過該阻抗?jié)u變的阻抗匹配層后不會(huì)發(fā)生發(fā)射現(xiàn)象使得入射電磁波最終全部被衰減層吸收，提高了吸波材料的吸波性能。附圖說明圖I為本專利技術(shù)混合吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、圖3、圖4為本專利技術(shù)混合吸波材料第一較佳實(shí)施例阻抗匹配層的立體結(jié)構(gòu)示意圖、側(cè)視圖以及A-A劑視圖；圖5、圖6、圖7、圖8為本專利技術(shù)混合吸波材料第二較佳實(shí)施例附著具有第一圖案的人造微結(jié)構(gòu)的阻抗匹配層的立體結(jié)構(gòu)示意圖、主視圖、側(cè)視圖以及A-A剖視圖；圖9為本專利技術(shù)混合吸波材料第二較佳實(shí)施例人造微結(jié)構(gòu)的第一圖案的第一衍生拓?fù)鋱D案；圖10為本專利技術(shù)混合吸波材料第二較佳實(shí)施例人造微結(jié)構(gòu)的第一圖案的第二衍生拓?fù)鋱D案；圖11為本專利技術(shù)混合吸波材料第二較佳實(shí)施例附著具有第二圖案的人造微結(jié)構(gòu)的阻抗匹配層的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本專利技術(shù)混合吸波材料第二較佳實(shí)施例人造微結(jié)構(gòu)的第二圖案的第一衍生拓?fù)鋱D案；圖13為本專利技術(shù)混合吸波材料第二較佳實(shí)施例人造微結(jié)構(gòu)的第二圖案的第二衍生拓?fù)鋱D案。具體實(shí)施例方式請參照圖1，圖I為本專利技術(shù)混合吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖。本專利技術(shù)混合吸波材料使用傳統(tǒng)吸波材料作為衰減層并以傳統(tǒng)吸波材料為基體在其上構(gòu)建具有阻抗匹配功能的阻抗匹配層。阻抗匹配層的設(shè)置使得傳統(tǒng)吸波材料在配置時(shí)僅需要考慮其衰減特性即可，因此本專利技術(shù)的傳統(tǒng)吸波材料是指具有高損耗因子的各類常見吸波材料，包括具有高磁介質(zhì)損耗的鐵氧體，高電阻損耗的導(dǎo)電高分子聚合物，高介電損耗的炭黑、BaTiOp FeTiO3^ PbTiO3等。衰減層并不限于上述傳統(tǒng)吸波材料的舉例，但其都具有優(yōu)良的衰減性能并具有阻抗Zn。在確定所選取的具有優(yōu)良衰減特性的傳統(tǒng)吸波材料基體后，需要設(shè)計(jì)由超材料構(gòu)成的阻抗匹配層，使得自由空間入射的電磁波阻抗由自由空間阻抗Ztl逐漸變化到傳統(tǒng)吸波 材料基體的阻抗Zn，從而電磁波通過混合吸波材料時(shí)不發(fā)生反射并最終被傳統(tǒng)吸波材料吸收。所謂超材料是指一種以人造微結(jié)構(gòu)為基本單元并以特定方式進(jìn)行空間排布、具有特殊電磁響應(yīng)的新型材料，包括由具有一定圖案形狀的金屬分支構(gòu)成的人造微結(jié)構(gòu)和供人造微結(jié)構(gòu)附著的基材。多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)在基材上陣列排布，每個(gè)人造微結(jié)構(gòu)以及其所附著的基材所占部分即為一個(gè)超材料單元。相鄰的人造微結(jié)構(gòu)相互間隔距離應(yīng)為入射電磁波波長的1/10至1/5以對入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應(yīng)。基材可為任何與人造微結(jié)構(gòu)不同的材料，這兩種材料的疊加使每個(gè)超材料單元產(chǎn)生一個(gè)等效介電常數(shù)與等效磁導(dǎo)率，這兩個(gè)物理參數(shù)分別對應(yīng)了超材料單元的電場響應(yīng)與磁場響應(yīng)。超材料對電磁響應(yīng)的特征是由人造微結(jié)構(gòu)的特征所決定，而人造微結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)很大程度上取決于其金屬分支的圖案所具有的拓?fù)涮卣骱推鋷缀纬叽纭τ谌嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的阻抗，可通過公式Z = R+jcoL+l/jcoC得到。其中R為人造微結(jié)構(gòu)的電阻、L和C分別為人造微結(jié)構(gòu)的電感和電容。當(dāng)電磁波通過人造微結(jié)構(gòu)時(shí)，相互間隔的金屬分支之間聚集正負(fù)電荷即構(gòu)成了人造微結(jié)構(gòu)的電容，而金屬分支本身構(gòu)成人造微結(jié)構(gòu)的電感。電容的大小與金屬分支的面積和間隔相關(guān)，電感的大小和金屬分支本身的長度相關(guān)。因此調(diào)整人造微結(jié)構(gòu)的金屬分支的尺寸、間隔即可達(dá)到調(diào)整阻抗的效果。根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)由超材料制成的阻抗?jié)u變的阻抗匹配層，該阻抗匹配層由多個(gè)超材料片層構(gòu)成，且其最外層的超材料片層的阻抗與自由空間阻本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種混合吸波材料，其特征在于：包括衰減層和阻抗匹配層，該阻抗匹配層由多個(gè)均勻的超材料片層構(gòu)成，該多個(gè)超材料片層沿垂直于該超材料片層表面方向堆疊成為一體且該各超材料片層的阻抗沿超材料片層的堆疊方向漸變，最外層超材料片層的阻抗與自由空間相同，最里層超材料片層的阻抗與衰減層的阻抗相同。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉若鵬，徐冠雄，張洋洋，王文劍，
申請(專利權(quán))人：深圳光啟高等理工研究院，深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：