[發(fā)明專利]一種非均勻超材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110074116.6
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102694268A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉若鵬;徐冠雄;趙治亞;季春霖
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種非均勻超材料。

背景技術(shù)

目前，超材料(metamaterial)作為一種材料設(shè)計理念以及研究前沿，越來越引起人們的關(guān)注，所謂超材料，是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通的超常材料功能。

迄今發(fā)展出的“超材料”包括：“左手材料”、光子晶體、“超磁性材料”等，超材料性質(zhì)往往不主要決定與構(gòu)成材料的本征性質(zhì)，而決定于其中的人工結(jié)構(gòu)。

超材料影響電磁波主要關(guān)注以下幾個方面的指標：

1)高性能。對電磁波的影響應(yīng)具有較高的性能，接近所需要的影響狀態(tài)。

2)低損耗。具有較高的能量影響效率，以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。

3)尺寸小。不占用過多空間。

此外，對電磁波的影響應(yīng)易于實現(xiàn)，設(shè)計不應(yīng)太復(fù)雜，器件成本不應(yīng)過高。

超材料由介質(zhì)基材和設(shè)置上基材上的多個人為結(jié)構(gòu)組成，可以提供各種普通材料具有和不具有的材料特性。單個人為結(jié)構(gòu)大小一般小于1/10個波長，其對外加電場和/或磁場具有電響應(yīng)和/或磁響應(yīng)，從而具有表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和/或等效磁導(dǎo)率，或者等效折射率和波阻抗。人為的結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率(或等效折射率和波阻抗)由單元幾何尺寸參數(shù)決定，可人為設(shè)計和控制。并且，人為結(jié)構(gòu)可以具有人為設(shè)計的各向異性的電磁參數(shù)，從而產(chǎn)生許多新奇的現(xiàn)象，為實現(xiàn)電磁波的影響提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種體積小、簡單、易于實現(xiàn)以及成本低的對電磁波進行影響的一種非均勻超材料。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的第一技術(shù)方案是：一種非均勻超材料，包括：片狀基板以及若干小孔，所述片狀基板分成若干晶格，所述小孔置于所述晶格形成一個單元。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述超材料由多個片狀基板堆疊形成，每個片狀基板上均附著有多個小孔，所有的小孔在空間中形成周期陣列，

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述小孔中的介質(zhì)為空氣。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述小孔在所述的片狀基板中呈周期性均勻分布。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述的圖案為“口”字型或“口”字型的衍生型。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述小孔通過蝕刻、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法在片狀基板上形成。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述的片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯制得。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述小孔中填充有介質(zhì)，所述介質(zhì)材質(zhì)與所述片狀基板的材質(zhì)不相同。

在本發(fā)明所述的非均勻超材料中，所述單元的等效介電常數(shù)ε與等效磁導(dǎo)率μ在片狀基板選定的情況下，改變小孔的形狀、設(shè)計尺寸和/或小孔在空間中的排列通過仿真而獲得數(shù)值。

實施本發(fā)明的影響電磁波的超材料，具有以下有益效果：

1.體積小，不占用過多的空間；

2.簡單、易于實現(xiàn)、低成本，通過超材料對電磁波加以影響，不依賴設(shè)備的種類及形狀；

3.具有廣泛的應(yīng)用前景，通過超材料，所以可以使電磁波從一個方向轉(zhuǎn)為另外一個方向、可聚焦電磁波波束、可用于制造高定向度天線、實現(xiàn)完美透鏡、生成各種奇異的現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一種非均勻超材料結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2為圖1的另一個視角。

圖中各標號對應(yīng)的名稱為：

10片狀基板，20小孔。

具體實施方式

為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。

“超材料″是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。

“超材料″重要的三個重要特征：

(1)“超材料″通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；

(2)“超材料″具有超常的物理性質(zhì)(往往是自然界的材料中所不具備的)；

(3)“超材料″性質(zhì)往往不主要決定與構(gòu)成材料的本征性質(zhì)，而決定于其中的人工結(jié)構(gòu)。