[发明专利]一种柔性电磁超材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性电磁超材料及其制备方法，所述柔性电磁超材料包括磁性复合材料构成的柔性基体和嵌入其中的多个周期性排布的超材料周期单元；所述磁性复合材料为磁性材料和粘接剂复合材料；所述的柔性电磁超材料的几何厚度为t₁，所述t₁的取值范围为0.5～2mm；所述超材料周期单元为圆形片或正方形片，所述圆形片的直径或所述正方形片的边长均小于等于5cm；所述超材料周期单元由柔性导电材料构成。本发明所述的柔性电磁超材料具有磁性材料填充比低、厚度薄以及吸波效能强的优异特性，实现了传统磁性复合材料厚度和密度的同时缩减。此外，本发明所述的电磁超材料还具有良好的柔性和大尺度连续弯折拉伸的特点，在军事与民用领域均有一定应用前景。

技术领域

本发明涉及电磁波吸收领域，具体涉及一种柔性电磁超材料及其制备方法。

技术背景

随着电子信息与通讯技术的进步，各类电子与通讯设备渗透入了人们日常生活的方方面面，其一方面为人们的生活带来了极大的便捷，另一方面电子设备产生的电磁污染影响了人们的健康，并且过多的电子设备产生的电磁波也容易互相干扰，影响正常使用。此外，随着反隐身技术的发展，隐身技术也被极大地促进。因此，电磁波吸收材料无论在军用还是民用上都具有十分广阔的应用。传统的吸波材料主要要求具有“强”的吸收性能，但随着时代的发展，对吸波材料提出了更多的要求，新型吸波材料要求兼具“薄、轻、宽、强”的特点以满足更加复杂的应用环境。

现有的吸波材料类型中，磁性材料是发展最早也是最完善的种类，但受制于吸波机制运用单一的原因，现有的磁性材料需要较高的填充比和较大的厚度才能达到强的吸收(铁氧体磁性材料的吸波机理及改善吸波性能的研究进展[J].化工进展,2015,34(11))。这导致在实际运用中，磁性材料通常要做的厚且重，极大限制了电磁波吸收材料在的应用。

超材料是一类通过人工构造精密的几何结构及尺寸大小来实现特殊的物理性质的材料。超材料的电磁特性可以通过等效介质理论，用等效磁导率和等效介电常数来表示。通过对超材料的几何参数合理调控，超材料可以与电磁波产生电磁谐振从而快速损耗电磁波能量。

传统的吸波材料，尤其是以硅胶为基体，配比高性能吸收剂的吸波贴片材料，通过较高的磁导率和磁损耗实现对电磁波的吸收(吸波材料基体的应用与研究现状[J].电子元件与材料,2011,030(004):79-83)。但磁导率和磁损耗的提高伴随着磁性材料填充比的增加，性能的提升牺牲了吸波材料的重量，且厚度大多都偏厚。以应用广泛的球形羰基铁为例，要在X波段实现-20dB及更强的吸波性能，其质量填充比要达到70％以上，厚度在2mm左右。

综合以上所述，结合传统吸波材料和超材料各自的优点，开发兼具薄层低密度新型电磁超材料对于雷达隐身和民用电子设备抗电磁干扰等具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种柔性电磁超材料及其制备方法，通过超材料特殊的电磁谐振吸波机理和磁性材料优异的磁损耗性能共同作用，同时缩减吸波材料密度和厚度的设计和制备方法，达到吸波材料减轻减薄的目标。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案为：

一种柔性电磁超材料，包括由磁性复合材料构成的柔性基体和嵌入其中的多个周期性排布的超材料周期单元；所述的磁性复合材料为磁性材料和粘接剂复合材料；所述的柔性电磁超材料的几何厚度为t₁，所述t₁的取值范围为0.5～2mm；所述超材料周期单元的形状为圆形片或正方形片，所述的圆形片的直径或所述的正方形片的边长均小于等于5cm；所述的超材料周期单元由柔性导电材料构成。

本发明制得的柔性电磁超材料，通过超材料特殊的电磁谐振吸波机理和磁性材料优异的磁损耗性能共同作用实现了在保证较强的吸波效果的前提下缩减材料的密度和厚度之间的矛盾。

在所述磁性复合材料中，磁性材料的质量分数占比的范围为10％～90％，余量为粘接剂。