[发明专利]受鲍鱼壳珍珠层表面结构启发的适应多频段电磁波及多功能的仿生多级超材料

说明书

本发明公开了一种受鲍鱼壳珍珠层表面结构启发的适应多频段电磁波及多功能的多级超材料，包括底层、中层和顶层。底层为将平板吸收体加工成独立分布的凸起阵列结构，周期1‑15mm范围内可调，高度不大于1mm，相邻凸起之间存在间隙，间隙宽度0.1mm。加工后仿生阵列的微波吸收性能比加工之前有大幅度提高。中层和顶层加工成凸起结构。加工后中层和顶层重叠排列可降低红外发射率，实现节能目的。同时中层和顶层对底层微波吸收影响可忽略不计。顶层的微结构面向外部排列，可以实现降低光污染作用。顶层也可以放在可以变色的LED灯珠前面，实现变色显示。中层和顶层的微结构同样可以散射紫外光，达到抗老化的目的。顶层的微结构同时具有疏水性能，其可以诱导自清洁效应。

技术领域

本发明涉及一种多级超材料，特别是一种具有多频段电磁波适应性及多功能的鲍鱼壳珍珠层表面结构仿生多级超材料。

背景技术

传统的贝壳仿生技术已有过研究，但是主要针对其多层结构或力学性能进行研究，尚未有对其表面微结构的仿生技术，且目前所有的贝壳仿生相关技术仅用于可见光波段和力学领域。而对于这种结构进行多级建模，并通过多级结构排列下实现不同波段分别吸收、反射、干涉、散射等适应性未有过研究，也没有考虑过通过相关材质和这种结构的共同效应，同时未考虑过其在微波抗反射及其在不同频段协同作用方面的应用。

而且目前电磁波调控材料在单个波段均有过研究，如为降低电磁污染、降低红外辐射(节能)、降低城市光污染等等，已经有相应的微波吸收材料、低红外发射率材料、可见光抗反射材料被开发出来，但是这些研究仅仅局限在单一的频段，对不同频段的兼容适应性还很难实现，原因是在同一材料上不同频段的电磁波调控性能会有矛盾，比如微波吸收和降低红外辐射，微波吸收需要材料尽可能多吸收电磁波，而降低红外辐射需要材料尽可能多反射电磁波，二者很难实现兼容。同时由于材料实际应用常年暴露在阳光下，一方面，其受紫外线辐射而老化的问题也亟待解决；另一方面，经过时间推移其表面会积累灰尘，这对其表面的光学性能具有不利影响，因此材料表面需要疏水性来诱导自清洁效应。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，方便的仿生多级超材料，而且该种超材料并没有局限于鲍鱼壳珍珠层表面仿生结构的单一散射可见光功能，而是通过多级排列结构，实现了不同波段的适应性，如微波吸收及散射、红外反射、可见光散射及抗反射、紫外屏蔽，疏水自清洁等等协同功能。

本发明的技术解决方案是：一种具有多级结构的鲍鱼壳珍珠层表面仿生超材料，其特征在于：

一种受鲍鱼壳珍珠层表面结构启发的适应多频段电磁波及多功能的多级超材料，其特征在于：所述的材料总体依次包括顶层、中层和底层三个结构层，底层为毫米级周期单元凸起排列结构，凸起横截面形状为正六边形，该正六边形内切圆直径范围1-14.9mm，高度低于或等于1mm；中层和顶层为设有微米级周期单元凸起排列结构的树脂，凸起横截面形状为正方形，该正方形边长范围小于450um可调，高度为1-50um。顶层上的凸起朝向上方，中层上的凸起朝向上方和/或下方，中层和顶层覆盖并粘贴在底层上形成整体材料。底层结构的周期间距小于15mm可调，顶层结构的周期间距小于500um可调，周期间距为相邻凸起中心位置之间的距离；

底层毫米级结构单元材质为具有微波吸收性能的粉体与树脂的混合体。

进一步地，在上述技术方案中，底层毫米级结构单元的功能为吸收微波，其厚度低于或等于1mm，但不限于此。进一步地，在上述技术方案中，加工成型的底层毫米级结构层，相比于加工前的平板吸收体，其结构的拓扑数发生改变。

进一步地，在上述技术方案中，加工成型的底层毫米级结构层，相比于加工前的平板吸收体，其微波吸收性能有极大提高。

进一步地，在上述技术方案中，中层和顶层重叠排列。

进一步地，在上述技术方案中，中层和顶层的微米级结构单元形状为正方形，但不限于此。