[发明专利]一种立式透明超材料吸波体

说明书

技术领域

本发明涉及吸波材料以及超材料领域，具体涉及一种立式透明超材料吸波体。

背景技术

微波吸收材料，又称吸波材料，能吸收、衰减入射的电磁波并将其转化成热能损耗掉而 广泛应用于军事隐身、电磁屏蔽以及人体安全防护方面。根据损耗机理，吸波材料可分为电 阻损耗型、磁损耗型和介电损耗型，通常是无机吸波介质和有机基体的复合物。这些复合物 在可见光波段都是不透明的，尤其是其中的吸波介质对光波的吸收很强，使得吸波材料通常 呈现黑色。

随着科技的进步和信息化程度的不断提升，吸波材料的重要性越来越突出，并且向着高 性能和多功能的趋势发展，例如为了能够满足吸波材料应用在飞行器座舱、电子不停车收费 系统、射频识别系统、无线通讯、柔性电子器件等方面的需求，材料需要同时具备宽带的吸 波性能以及高的可见光透明性。在这类材料发展的早期，人们根据电阻损耗型共振吸收的特 点，使用单层透明电阻材料设计得到单频吸收的Salisbury屏，为了拓展吸收带宽，又使用多 层透明电阻材料设计得到Jaumann屏。但这两种经典结构都受制于厚度大、透光率低、吸收 带宽窄的缺点，限制了它们的发展和应用。

近年来，超材料由于其特殊的电磁性质以及在微波吸收中的潜在应用得到了极大的关 注。超材料是由亚波长的人工结构周期性排列而形成的新型材料，其性能极大程度上取决于 结构单元的几何形状、尺寸，通过调节这些参数，可以设计得到一些传统材料不具备的特性， 如负折射效应、逆多普勒效应、完美成像等。与传统吸波材料的不同，超材料的性能主要取 决于结构而不是组分，因此具有更强的可设计性，更容易在尺寸小、厚度薄的情况下得到强 吸收，也更易于获得多功能性。通过选择合适的基体和人工结构，可以实现在可见光段透明 的吸波体。

例如，IEEETransactionsonMicrowaveTheoryTechniques期刊(2012年第8期，2456页) 报道了通过三层平面型结构设计得到了在915-928MHz内实现90％以上吸收，透光率在75％ 以下的一种透明吸波体。ACSPhotonics期刊(2014年第1期，279页)通过对金属微网进行 图案化设计并使用透明基体作为介质层，得到在5.8-12.2GHz内实现90％以上的吸收，透光 率最高达71％的超材料透明吸波体。

目前研究报道的关于透明超材料吸波体，其超材料单元皆采用平面型结构，即超材料单 元与反射背板在同一个平面内，虽然可以在一定频段内实现近乎完美的吸收，也可以在较低 的厚度下达到一定的可见光透明度。但是这类超材料的透光度受到了人工结构占有率的影响 而往往不高，且吸波性能主要依靠超材料的共振特性，使得吸收频带较窄。发展一种高透光 率、宽频超材料吸波体仍然是一个需要解决的具有重要现实意义的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式透明超材料吸波体，从而解决目前的吸波体无法兼顾宽 带吸波与高可见光透过率的问题。

本发明解决上述技术问题所采用技术方案是：一种立式透明超材料吸波体，其特征在于 由透明平板基体、透明超材料单元、透明反射背板组成，其中透明反射背板贴合在透明平板 基体的一侧，透明超材料单元置于透明反射背板上，且透明超材料单元嵌入在透明平板基体 中形成周期性阵列。

本发明所采用技术方案的特点是：采用立式超材料，即透明超材料单元与透明反射背板 不在同一个平面内，且全部使用透明材料组成。所述透明超材料单元与透明反射背板呈1-90° 夹角。

所述透明平板基体的厚度为2-30mm，透明超材料单元的厚度为0.1-5mm，透明反射背 板的厚度为0.1-5mm。

所述的周期性阵列中，处于同一平面内的相邻透明超材料单元之间的距离为0.1-10mm， 处于不同平面内的相互平行的相邻透明超材料单元之间的距离为0.1-20mm。

所述的透明平板基体可以是透明高分子、透明无机材料或它们按任意配比的复合物，包 括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、普通玻璃、石英玻璃等中的一种 或多种按任意配比的复合材料。