[发明专利]一种透明超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种透明超材料。

背景技术

超材料是一种能够对电磁产生响应的新型人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成。由于人造微结构通常为金属线排布成的具有一定几何图形的结构，因此能够对电磁波产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板的电磁特性，这样的电磁特性能实现现有材料不能实现的特殊功能，例如实现电磁波的汇聚、发散等，可用在天线、雷达等电磁通讯领域。

理论上超材料能够应用在各种电磁波上，但是现有的应用领域通常只在微波等电磁通讯领域，而对可见光是不起作用的，这是由基板和人造微结构的选材所限定的。解决利用超材料来汇聚、发散可见光的问题，可以将超材料的应用范围扩展到可见光频段。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种透明超材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种透明超材料，包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括片状基板和附着在所述基板上的人造微结构，所述基板由透明材料制成，所述人造微结构为具有几何图案的碳纳米管薄膜。

在本发明所述的透明超材料中，所述碳纳米管薄膜具有80％或更高的透明度。

在本发明所述的透明超材料中，所述碳纳米管薄膜的厚度在50～1000nm之间。

在本发明所述的透明超材料中，所述人造微结构为“工”字形。

在本发明所述的透明超材料中，所述人造微结构为二维雪花型或三维雪花型。

在本发明所述的透明超材料中，所述基板为透明高分子材料。

在本发明所述的透明超材料中，所述基板为聚甲基丙烯酸甲酯。

在本发明所述的透明超材料中，所述基板为透明聚氨酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氯乙烯。

在本发明所述的透明超材料中，所述人造微结构的尺寸小于将要响应的入射电磁波的波长的十分之一。

实施本发明的透明超材料，具有以下有益效果：基板选用透明材料，而作为人造微结构的碳纳米管薄膜透明的同时还具有优良的电导性，因此能够对可见光产生响应，从而引起可见光汇聚、发散、偏折等，从而将超材料的应用范围从微波拓宽到可见光领域。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明优选实施例的透明超材料的结构示意图；

图2是图1所示的透明超材料的一个超材料单元的结构示意图；

图3是一实施例的透明超材料的每个超材料片层的折射率分布图；

图4是图3所示透明超材料汇聚电磁波的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种透明超材料，如图1所示，包括至少一个超材料片层1，当超材料片层1有多个时，其沿垂直于表面的x方向叠加成一体。超材料片层1包括均匀等厚的片状基板3和附着在片状基板3上的多个人造微结构4。将片状基板3虚拟地划分为多个完全相同的方体形网格，每个网格为一个基板单元30，并使得每个基板单元30上附着有一个人造微结构4，则每个基板单元30及其上附着的人造微结构4共同构成一个超材料单元2，整个超材料片层1可以看作是由多个超材料单元2以第z方向为行、以y方向为列组成的第一阵列。这里的方体形网格，可以具有任意自由划分的尺寸，本发明中优选为y、z方向的长度均为将要响应的电磁波的波长的十分之一、x方向的长度与片状基板3的x方向的厚度相等，因此附着在基材单元上的人造微结构尺寸要小于入射电磁波的波长的十分之一。当然，本发明的超材料单元其x、y、z方向的长度在电磁波波长的五分之一至二分之一之间均可。

超材料单元2的具体结构如图2所示，包括一个基板单元30和附着在该基板单元30表面上的人造微结构4。人造微结构4为具有一定几何图案的薄膜，例如本实施例中，人造微结构4为平面的“工”字形，包括直线型的第一直线和分别垂直连接在第一直线两端的两根第二直线。

人造微结构4也可以为其他形状，如平面的二维雪花型，其包括两个相互垂直相交成“十”字形的第一直线和分别垂直连接在每个第一直线两端的四根第二直线。

人造微结构4也可以为立体的三维雪花型，包括三个两两垂直且相交到一点的第一直线和分别垂直连接在每个第一直线两端的六根第二直线。立体的人造微结构4是通过一定的加工工艺附着到基板3内部的。