[发明专利]一种超材料宽带红外吸波结构材料

说明书

技术领域

本发明属于电子功能结构材料技术领域，涉及红外吸波结构材料，特别是一种基于三种不同矩形阵列金属贴片的超材料宽带红外吸波结构材料。

背景技术

近年来，超材料由于其所具有的新颖物理效应及潜在应用价值受到了广泛的关注，并被应用于诸多新的领域，如负折射材料、隐身衣、完美透镜等。根据等效媒质理论，超材料的的电磁特性用等效介电常数和等效磁导率表示。通过合理地设计超材料的周期尺寸及其几何参数，使其与入射的电磁波分别产生电谐振与磁谐振，从而相应地控制其等效介电常数和等效磁导率。对超材料的先期研究主要是围绕其负磁导率或负折射率特性来开展工作，因此只考虑超材料的等效介电常数的实部和等效磁导率的实部。但是，由超材料的等效介电常数的虚部和等效磁导率的虚部产生的损耗也具有很多潜在的应用。通过对超材料的等效介电常数和等效磁导率的调制，可以使其的等效阻抗与空气阻抗匹配，达到零反射的效果，同时底层金属的厚度大于电磁波的趋肤深度，使得透射为零，这样实现了对入射电磁波的完美吸收。这种超材料具有高吸收性，极化不敏感，结构简单，体积小等优点，可以用来调节灰体、黑体的发射特性，也可以作为高效的电磁加热装置，此外在红外点阵成像，热辐射测量等领域也具有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明提供一种超材料宽带红外吸波结构材料，该红外吸波结构材料基于三种不同矩形阵列金属贴片的超材料来实现红外波段宽频高吸收率的吸波功能。

本发明技术方案如下：

一种超材料宽带红外吸波结构材料，如图1~3所示，包括金属衬底1、位于金属衬底1表面的介质层2和位于介质层2表面的超材料3。所述金属衬底1的厚度大于红外波段电磁波在金属衬底1中的趋肤深度。所述位于介质层2表面的超材料3由单元超材料结构周期性排列而成，其中单元超材料结构（如图2所示）是一个边长为a的正方形结构，由两个横向分布的矩形金属贴片和两个纵向分布的矩形金属贴片围绕一个正方形金属贴片所形成。所述横向分布的矩形金属贴片和纵向分布的矩形金属贴片尺寸相同，长度为L2、宽度为L3；所述正方形金属贴片边长为L1。

上述超材料宽带红外吸波结构材料所述正方形单元超材料结构边长为a，4.0μm≤a≤5.0μm；所述矩形金属贴长度为L2、1.70μm≤L2≤2.00μm，宽度为L3、0.65μm≤L3≤0.80μm；所述正方形金属贴片边长为L1，1.60μm≤L1≤1.75μm。所述金属衬底（1）和超材料（3）材料为金、银或铝。所述介质层（2）材料为Al₂O₃。

本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料，当红外波段电磁波垂直入射时，入射电磁波的电场分别与表面超材料3发生电谐振，而入射电磁波的磁场与两层金属层之间发生磁谐振，产生相反的平行电流，从而引起谐振响应。合理地设计三种矩形阵列结构的尺寸使得电谐振与磁谐振在三个特定频率点处同时发生电磁谐振，能够获得宽频高效吸收效果。

本发明具有以下效果：

1、通过三种矩形金属贴片的设计，使其在三个特定频率点处同时发生电磁谐振，从而获得宽频高效的红外波段电磁波吸收效果；

2、本发明具有结构简单、厚度薄、体积轻的特点，可贴装于目标物体表面，实现目标物体的红外伪装；

3、通过对超材料3的金属贴片阵列结构的调整可以控制吸收峰位置及强度，以满足红外波段不同频率范围对红外电磁波的吸收要求；

4、本发明具有极化不敏感、入射角度大等特点。

综上，本发明具有宽频高吸收性，极化不敏感、结构简单、体积小等优点，可以用来调节灰体、黑体的发射特性，也可以作为高效的电磁加热装置，此外在红外点阵成像，红外伪装以及热辐射测量等领域具有应用潜力。

附图说明

图1为本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料的剖面结构示意图。其中1是金属衬底、2是介质层、3是超材料结构。

图2为本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料中超材料单元结构示意图。

图3本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料中超材料结构示意图。

图4本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料MA-1的反射率及吸收率曲线。

图5本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料MA-2的反射率及吸收率曲线。

图6本发明提供的超材料宽带红外吸波结构材料MA-3的反射率及吸收率曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：