[发明专利]一种制备超材料电磁功能结构的方法

说明书

一种纸基绘制制备超材料电磁功能结构的方法，基于如下装置，写字机器人，此类机器能操控笔在纸张上进行书写和绘图，导电水笔与铅笔；具体方式是：写字机器人利用含有导电水笔的圆珠笔在纸张上绘制导体，写字机器人利用铅笔在纸张上绘制电阻，通过写字机器人直接绘制的方式实现在纸张上构造超材料电磁功能结构；将需要绘制的超材料电磁功能结构图形导入写字机器人的控制软件，使用写字机器人操控导电水笔在纸张上绘制导体或操控铅笔在纸张上绘制电阻。

技术领域

本发明涉及一种超材料电磁功能结构的制造方式，尤其是纸基绘制制备超材料电磁功能结构的方法。

背景技术

超材料电磁功能结构是指电磁参数可人为设计控制的一类新型人工复合电磁材料，它的奇特特性来自于其单元的几何结构和尺寸大小。因其具备自然界材料所没有的奇异电磁参数和电磁特性，近年来超材料电磁功能结构得到了快速的发展。超材料电磁功能结构的应用前景十分广泛，覆盖天线、透镜、隐身衣、电磁兼容等领域。在实际应用中，不仅需要超材料电磁功能结构的电磁性能符合预期，其重量、厚度、柔韧性、制造成本等也有所要求，而这些指标往往取决于超材料电磁功能结构的制造材料以及加工方法。

目前超材料电磁功能结构的制造方法主要是将金属结构(按照设计的图案)印制在介质材料的板上，再将集总元件焊接在金属结构中。

近年来出现的手绘电路技术可以实现在纸面上直接绘制电路，该项技术可被用于超材料电磁功能结构的制造。与介质板相比，纸张更轻、更薄、可弯曲、可折叠且十分环保，绘制在纸面上的超材料电磁功能结构将具有上述优点。

导电墨水是一种含有金属纳米颗粒的新墨水，具有良好的导电能力，含有导电墨水的笔可以用于直接在纸面上绘制导体。石墨是碳的一种同素异形体，其特殊的分子结构使其具有一定的导电能力。铅笔芯的制作原料主要为石墨和粘土，因此铅笔芯具有一定的导电能力，铅笔绘制在纸面上的图形可作为电阻。

近年来出现了一种被称为“写字机器人”的新型机器，该机器通过两个步进电机控制夹具在水平面上自由移动。将笔安装在夹具上并在相应软件上进行设置后，该机器可精确地绘制任意图形。由于其绘制快速、便捷、精确的特点，“写字机器人”已被广泛用于书写、绘图。由于该机器可以构造任意二维图形，因此也可用于制造频率选择表面、超构表面等。

发明内容：

发明目的：为了改善现有超材料电磁功能结构在重量、成本、可塑性方面的指标，本发明通过结合目前已有的自动铅笔、导电墨水笔和写字机器人，创造了一种全新的超材料电磁功能结构的制造方法。本发明提出的制造方法所制造的超材料电磁吸波结构是绘制于纸张上的，具有重量轻、厚度薄、成本低以及易塑形等优点。该方法特别适合用于制造可折叠、可弯曲的超材料电磁功能结构。

本发明的技术方案是，纸基绘制制备超材料电磁功能结构的方法，基于如下装置，写字机器人，此类机器能操控笔在纸张上进行书写和绘图，导电水笔与铅笔；导电水笔指导电墨水笔，例如由Electroninks Incorporated团队设计的一款叫做Circuit Scribe的圆珠笔，该型圆珠笔所含的墨水可以导电，3.自动铅笔，其笔芯的成分包括石墨，因此具有一定的导电能力。此方法能够直接在纸张上绘制出超材料电磁功能结构，具体方式是：写字机器人利用含有导电水笔的圆珠笔在纸张上绘制导体，写字机器人利用铅笔在纸张上绘制电阻，通过写字机器人直接绘制的方式实现在纸张上构造超材料电磁功能结构；将需要绘制的超材料电磁功能结构图形导入写字机器人的控制软件，使用写字机器人操控导电水笔在纸张上绘制导体或操控铅笔在纸张上绘制电阻。

导电水笔导体绘制完毕，干燥纸张上墨水或将纸张取下放入电热鼓风干燥箱中干燥，干燥箱的内部温度设置为150±30℃；90±30分钟后将纸张取出，此时纸张上的导电墨水已被完全烘干，其电导率达到最大值；把纸张放回原来的位置，将装有铅笔安装到夹具上，开始绘制电阻。

在自动铅笔上套上环形砝码以添加压力；砝码的重量也与绘制的电阻阻值有关。