[发明专利]由无序分布树枝状结构单元构成的左手材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种由无序分布树枝状结构单元构成的左手材料。

背景技术

左手材料(left-handed metamaterials)是一种由周期排列的结构单元组成的人工材料，作为结构单元的金属丝和开口谐振环分别发生电谐振和磁谐振，并在特定频段下同时产生负介电常数和负磁导率。而在已知的自然界材料中并不同时具备这种双负的电磁参数，因此左手材料展现出许多奇异的电磁特性。随着负折射、完美透镜、隐身覆层等概念的提出及微纳米加工工艺的改进，左手材料在红外和可见光领域展现出无限的应用前景。然而目前红外及可见光的微纳米尺度结构材料的制备仍是研究难点，而且微尺度下制备如“环状”，“网格状”等规则结构将带来大量随机性的缺陷。这些缺陷随程度的不同将破坏左手行为的产生。相对于传统的电子束刻蚀技术，纯化学合成方法制备左手材料有着简便，快捷，可大面积制备等优点，但是化学合成法随反应条件及外界环境的变化，制备出的样品单元大小及间距同样有很大的随机性。因此，实际中急需一种适合单元无序分布的左手材料来适应更为严格的科研及应用条件。

树枝状结构是一种高度对称的分形结构，且在谐振条件下，可以实现介电常数和磁导率同时为负值。在电化学或高分子化学领域，纳米尺度树枝状结构材料的制备技术已经十分成熟。利用树枝状结构作为单元无序的左手材料单元模型，对于实现红外或可见光左手材料的制备有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种由无序分布单元构成的左手材料，其结构单元为金属铜树枝状结构。利用树枝结构单元的二维全向性，通过设计不同分布参数，可以制备出实现准周期分布及完全随机分布的树枝状结构左手材料。由于本发明中左手材料的单元分布为无序分布，因而对传统的物理刻蚀制备方法或化学合成制备方法均能适应，大大拓宽了左手材料的应用领域，而且也对制备红外或可见光波段的树枝状左手材料给予了重要借鉴及理论支持。

附图说明

图1树枝状结构单元的左手材料结构示意图

图2实施例一扰动周期分布的树枝状左手材料结构示意图

图3实施例一扰动周期分布的树枝状左手材料微波透射图

图4实施例二十二重准周期分布的树枝状左手材料结构示意图

图5实施例三四重准周期分布的树枝状左手材料结构示意图

图6实施例四完全随机分布的树枝状左手材料块材结构示意图

具体实施方式

采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8～2mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属树枝状结构单元阵列，单元无序分布分状态别为：

1.周期分布的基础上加入随机扰动。取扰动随机数δ，设定0<δ<5mm，在原始间距为10mm的周期格点上引入距离为δ的位移。

2.准周期分布。设计4～12重不等准周期拓扑，准周期拓扑中多边形的边长均为10mm。

3.完全随机分布。取随机数Δ，定义0<Δ<15mm，将单元按随机数Δ排列。

树枝结构从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝0.5～2.5mm，二级分支长度l₂＝0.5～2mm，三级分支长度l₃＝0.5～1mm，相临两个一级分支间夹角为θ₁＝20°～75°，相临两个二级分支间夹角为θ₂＝20°～75°，相临两个三级分支间夹角为θ₃＝20°～75°，线宽为0.1～2mm。按实际需求将刻蚀后的PCB版切块，制得单层树枝状左手材料。

本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：

实施例一：

采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板的一面上刻蚀出引入扰动的周期分布金属树枝状结构单元阵列，周期晶格常数为10mm，取随机数为0<δ<3mm。树枝的从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝2mm，二级分支长度l₂＝0.9mm，三级分支长度l₃＝0.9mm，相临两个一级分支间夹角为θ₁＝45°，相临两个二级分支间夹角为θ₂＝45°，相临两个三级分支间夹角为θ₃＝45°，线宽为1.5mm。将刻蚀后的PCB板切成大小为65mm×65mm，制得单层树枝状左手材料如附图2所示。单层树枝状左手材料的微波透射曲线如附图3所示。

实施例二：