[发明专利]基于3D打印制备宽频电磁波吸收超材料的方法

说明书

本申请公开了一种基于3D打印制备宽频电磁波吸收超材料的方法，涉及电磁波吸收材料技术领域。该方法包括以下步骤：S1、分别制备电磁功能3D打印材料和普通绝缘3D打印材料；S2、测试电磁功能3D打印材料的基础复介电常数和复磁导率；S3、设计吸波超材料结构：S31、构建用于引导电磁波进入材料内部的透波单层，透波单层采用普通绝缘3D打印材料；S32、根据基础复介电常数和复磁导率构建多个用于吸收不同波段电磁波并将能量转化为热量的吸波单层；S33、根据阻抗匹配规律，将透波单层和多个吸波单层有序排列，组成具有宽频段电磁波吸收能力的吸波超材料结构，并进行三维建模；S4、制造吸波超材料结构样板，该吸波结构样板即为宽频电磁波吸收超材料。

技术领域

本申请涉及电磁波吸收材料技术领域，尤其涉及一种基于3D打印制备宽频电磁波吸收超材料的方法。

背景技术

现代国防、公共安全和个人防护等领域对电磁波吸收材料具有重要的需求。一般地，电磁波主要通过磁损耗和介电损耗转变为热能，达到能量转化吸收的效果，有效地实现电磁防护和雷达波隐身的效果。常见的吸波材料包括铁氧体涂层、介电吸波层等，其中，介电吸波主要是通过匹配设计，实现对电磁波的导入和吸收。由于介电吸波层一般具有多层结构，因此，制造工艺较复杂。

为了解决上述技术问题，开发具有电磁波吸收功能的超材料越来越受到重视。超材料是指具有天然材料所不具备的超常性质的人工复合结构或复合材料，为材料设计领域提供了一种全新的思路。在电磁波吸收方面，超材料通过控制功能材料的关键物理尺寸，构建电磁谐振结构，与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而完成对电磁波的吸收。电磁波吸收超材料具有样品厚度小、吸收效果强、选材范围广及吸收频段能够自由设计等优点。

但是，由于超材料的制造难点在于大规模微结构的构筑和结构精度的控制，一般需通过光刻与电子束刻蚀等微加工技术加工，因此，制造方法复杂，制造周期长，成本高。

发明内容

本申请的实施例提供一种基于3D打印制备宽频电磁波吸收超材料的方法，将透波材料和含有吸波填料的电磁功能材料进行合理的阻抗匹配，将对不同频段电磁波具有吸收能力的单层组合成三维多层结构样板，通过3D打印的方式制作成型，构成具有宽频吸波特性的超材料。该方法具有可设计性，简化了加工工艺、缩短了加工周期、降低了加工成本。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种基于3D打印制备宽频电磁波吸收超材料的方法，包括以下步骤：S1、分别制备电磁功能3D打印材料和普通绝缘3D打印材料；S2、测试电磁功能3D打印材料的基础复介电常数和复磁导率；S3、设计吸波超材料结构：S31、构建用于引导电磁波进入材料内部的透波单层，所述透波单层采用普通绝缘3D打印材料；S32、根据所述基础复介电常数和所述复磁导率构建多个用于吸收不同波段电磁波并将能量转化为热量的吸波单层；S33、根据阻抗匹配规律，将所述透波单层和多个所述吸波单层有序排列，组成具有宽频段电磁波吸收能力的吸波超材料结构，并进行三维建模；S4、制造吸波超材料结构样板：将三维模型经切片软件处理后，拷贝给3D打印机；选择使用双喷头熔融沉积3D打印机，将普通绝缘3D打印材料和电磁功能3D打印材料导入不同喷头，完成吸波超材料结构样板的制作，所述吸波结构样板即为宽频电磁波吸收超材料。

进一步地，所述吸波单层包括结构单元；不同吸波单层中的结构单元不同，所述结构单元采用电磁功能3D打印材料，且根据所述基础复介电常数和所述复磁导率设计。

进一步地，所述吸波单层包括多个结构单元，多个所述结构单元之间通过第一连接部连接，所述第一连接部采用普通绝缘3D打印材料。

进一步地，所述结构单元包括二维平面上的多个凸起或镂空的几何形状，所述几何形状包括正方形、圆形、六边形或菱形中的一种或多种。

进一步地，同一吸波单层中的多个所述几何形状的图形不同或图形相同尺寸不同。

进一步地，所述透波单层及相邻两个所述吸波单层之间通过第二连接部连接，所述第二连接部采用普通绝缘3D打印材料。