[发明专利]一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构及其设计方法，确定超表面结构的阵列单元特征尺寸与变形形式，以及阵列单元的构型与驱动控制；对不同尺寸的阵列单元进行变形‑电磁仿真，优化并确定阵列单元的形状加工参数；在IPMC结构的表面加工阵列单元，得到IPMC阵列；设计夹持和电极引线结构，将IPMC阵列固定在夹持结构中，通过电极引线结构分别为IPMC阵列的上表面和下表面施加驱动电压；根据控制区域的分布和变形量调控需求，在IPMC阵列上设计单路或多路驱动电路及调节方式，完成基于IPMC的可重构电磁超表面结构。本发明制备简单、驱动控制方便、灵活性和实用性高。

技术领域

本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构及其设计方法。

背景技术

可重构超表面能够动态调控各种电磁特性，实现电磁功能多元化，在隐身、通信、光电子器件等领域具有重要应用价值。发展至今，电磁超表面的可重构技术主要包含电调控、材料调控和机械调控等方式。电调控方式因有源器件的加入引入了干扰，增加设计的复杂性；材料调控的调控能力较为有限；机械调控的灵活性和实用性较差，而且控制线路一般比较复杂，因此研究较少。随着柔性智能材料的快速发展，有望为这一方向带来新的活力。

柔性智能材料能够在外界刺激下产生显著变形，其激励源简单、响应速度快、质量轻、结构紧凑且无噪声，是仿生材料领域的重要方向且发展十分迅速。其中离子型聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer-Mental Composite，IPMC)以其驱动电压低、变形响应大、寿命长等优点受到广泛的关注。

IPMC机械可重构电磁超表面的研究，有望解决传统机械可重构方式存在的灵活性和实用性差、控制线路复杂等缺陷，成为一种新型调控方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构及其设计方法，可重构电磁超表面能够动态地调控入射电磁波的旋光角、椭圆角或透射率等电磁特性，且驱动电压低，控制线路简单，变形响应大，能够解决传统可重构方式的缺陷。

本发明采用以下技术方案：

本发明一种基于IPMC的可重构电磁超表面结构，可重构电磁超表面结构为IPMC材料，从上至下依次包括上层电极、中间层和下层电极，上层电极上设置有阵列单元，上层电极和下层电极的厚度均为10～20μm，中间层的厚度为20～500μm。

具体的，阵列单元的排布方式包括矩形阵列、环形阵列或其它周期和非周期阵列形式。

具体的，阵列单元的特征尺寸为1～30mm，阵列单元的结构形式为悬臂梁结构、平面螺旋结构、双螺旋结构或抛物线结构。

具体的，中间层为介质薄膜，介质薄膜的介电常数为1.8～2.3，损耗角正切为0～0.015。

具体的，其特征在于，基于IPMC的可重构电磁超表面结构在0～5V驱动电压作用下，能够发生0～90°的弯曲变形。

第二方面，本发明实施例提供了

基于IPMC的可重构电磁超表面结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据电磁超表面结构的工作频率和电磁特性的调控需求，确定超表面结构的阵列单元特征尺寸与变形形式，以及阵列单元的构型与驱动控制；

S2、根据步骤S1确定的阵列单元的特征尺寸与变形形式，以及阵列单元的构型与驱动控制；对不同尺寸的阵列单元进行变形-电磁仿真，优化并确定阵列单元的形状加工参数；

S3、根据步骤S2确定的阵列单元的形状加工参数在IPMC结构的表面加工阵列单元，得到IPMC阵列；