[发明专利]一种人造微结构

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，特别是涉及一种人造微结构。

【背景技术】

超材料是指一些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；通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。

超材料由介质基板和设置在基板上的多个人造微结构单元组成，其中，每个人造微结构单元包含一个人造微结构；每个人造微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率。人造微结构的等效介电常数和等效磁导率由其拓扑结构和几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且，人造微结构可以具有人为设计的各向异性的电磁参数。

介电常数是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。介电常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子，通常用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降，在高介电常数材料中，电磁波波长很短，可以大大缩小射频及微波器件的尺寸，现有的材料的介电常数都比较低，几乎没有材料的介电常数超过60。

现有的超材料设计生产工艺中通常采用如图1所示的“工”字型人造微结构去改变空间中的介电常数分布，“工”字型人造微结构包括上横线11，下横线12和竖线13，采用工”字型人造微结构去改变空间中的介电常数分布通常很难保证在一段频率上折射率变化较小，即无色散的情况下在宽频率范围有比较大的折射率。现有技术中几乎没有超高介电常数并且介电常数较为平稳的材料。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有超大介电常数的人造微结构，为超大介电常数的超材料应用到工业中提供了可能性。

一种人造微结构，该人造微结构包括上横线、下横线，其特征在于，该人造微结构还包括设置在上横线和下横线之间的迂回部分，其中迂回部分至少有两个反向相连的“∪”型结构，且该迂回部分的两端分别与上横线(21)、下横线连接。

一种超材料，该超材料包括基材和附着在基材上的人造微结构，其中人造微结构包括上横线、下横线，还包括设置在上横线和下横线之间的迂回部分，该迂回部分至少有两个反向相连的“∪”型结构，且该迂回部分的两端分别与所述上横线、下横线连接。

本发明实施例中，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率，利用本实施例中的人造微结构制成的超材料，可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。

【附图说明】

图1是现有技术中“工”字型人造微结构的示意图；

图2是本发明实施例一中人造微结构的示意图；

图3是本发明实施例二中人造微结构的示意图；

图4是本发明实施例二“∪”型结构的示意图；

图5是本发明实施例二中人造微结构的介电常数与电磁波频率的关系图；

图6是本发明实施例二中人造微结构的折射率与电磁波频率的关系图；

图7是本发明实施例三中超材料的示意图；

图8是本发明实施例三中人造微结构的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图2，本发明实施例一种人造微结构的第一实施例包括：

人造微结构包括上横线21、下横线22，该人造微结构还包括设置在上横线21和下横线22之间的迂回部分23，其中迂回部分23至少有两个反向相连的“∪”型结构24，且该迂回部分23的两端分别与上横线21、下横线22连接；

在本实施例中，通过对现有“工”字型人造微结构的设计改良，将竖线用迂回部分来代替，这种设计增加了上横线和下横线之间的金属线的长度，从而加大了人造微结构的介电常数，增强了折射率，利用本实施例中的人造微结构制成的超材料，可以突破天线和半导体工业等制造业的瓶颈，对微波器件的小型化产生不可估量的作用。

请参阅图3至图5，本发明实施例一种人造微结构的第二实施例包括：