[發明專利]一種流控重構超表面及其制造方法

在審

• 申請號: 202110986299.2
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113745843A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 許諾;李平;臧金良;郭家瑞;安靈椿;汪震海
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 北京云科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11483
• 代理人: 張飆

本發明公開了一種流控重構超表面及其制造方法，該流控重構超表面包括密封層、柔性介質層、驅動控制層和電磁反射層，密封層、柔性介質層、驅動控制層和電磁反射層按順序層疊設置，柔性介質層上陣列設置有多個微流道結構，微流道結構中具有供液態金屬流動的流動通道，電磁反射層用于電磁波的反射，驅動控制層用于控制液態金屬在所述流動通道中的流動位置及形狀；其中，每個所述微流道結構的流動通道的形狀為類“工”字形。本發明通過液態金屬在類“工”字形的微流道結構中的可逆連續流動控制，實現電磁波頻率、相位、幅值等特性動態重構響應能力，實現L、S、C寬頻帶響應能力，重構帶寬大于4.5GHz、重構頻帶內衰減大于?20dB，具有大角度不敏感、柔性化、電磁響應頻率寬帶連續可重構及電磁強衰減能力。

技術領域

本發明涉及人工電磁材料技術領域，特別涉及一種流控重構超表面及其制造方法。

背景技術

超表面作為一種新型人工復合微結構，具有天然材料所不具備的超常物理性質。由于其材料結構屬性的可人工設計性，能夠通過設計合適的結構實現對材料性能、電磁波響應的靈活操控，使得在偽裝隱身技術、通信技術、傳感技術等領域取得了快速的發展和應用。

隨著微納制備工藝的高精度發展，微納尺度結構可得到精確的加工，其應用領域和應用范圍愈發廣泛。雖然超表面具有十分優異的性能，但其結構在設計、加工完后其材料屬性及對電磁波的響應特性就已固定，不能隨環境變化而改變材料屬性，即無法實現性能的“動態化”。因此，如何在利用超表面優異性能的同時，實現材料結構屬性與電磁波響應具有可調節性，是超表面發展中進一步拓展合提升性能、應用范圍的核心和關鍵。近年已經研究出采用導電高分子材料、液晶分子、MEMS靜電結構、二極管等技術途徑主動改變超表面結構特征，實現對電磁波響應的調節。但導電高分子材料的電導率和介電常數可調控范圍仍然較小，同時，調控穩定性難以保證；液晶分子依據分子在不同電場下的取向實現電磁參數調節，但具有調控寬度較窄、調控響應時間較長等問題；MEMS靜電結構難以滿足寬帶需求，并且大規模應用將帶來結構可靠性問題；另外，二極管調節狀態有限、非線性效應明顯、寬帶調節能力不足。因此，利用常規超表面陣列雖然能夠實現對電磁波響應的動態調控，但仍面臨調控狀態有限、連續調節能力不足、柔性化功能有待提升等問題，特別是上述方式針對同一單元通常僅能實現兩個狀態間調節，對于任意電磁波響應的調節需要數量較多的單元編碼才能實現，結合超表面應用需求，還需要進一步實現超表面單元的在寬帶調節范圍內的多狀態連續調節能力。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種能夠在多個狀態下動態、靈活地調節超表面性能的流控重構超表面及其制造方法。

為實現上述目的，本發明第一方面，提供了一種流控重構超表面，包括密封層、柔性介質層、驅動控制層和電磁反射層，所述密封層、所述柔性介質層、所述驅動控制層和所述電磁反射層按順序層疊設置，所述柔性介質層上陣列設置有多個微流道結構，所述微流道結構中具有供液態金屬流動的流動通道，所述電磁反射層用于電磁波的反射，所述驅動控制層用于控制液態金屬在所述流動通道中的流動位置及形狀；其中，每個所述微流道結構的流動通道的形狀為類“工”字形。

進一步，所述流動通道包括第一水平流道、第二水平流道和豎直流道，所述第一水平流道包括第一水平段、第一豎直段和第二豎直段，所述第二水平流道包括第二水平段、第三豎直段和第四豎直段，所述第一水平段和所述第二水平段平行設置且所述第一水平段和所述第二水平段之間通過所述豎直流道連通，所述第一水平段和所述第二水平段沿所述豎直流道的水平中心線上下對稱設置，所述第一豎直段和所述第二豎直段沿所述豎直流道的豎直中心線左右對稱設置，所述第一豎直段和所述第三豎直段在豎直方向對應，所述第二豎直段和所述第四豎直段在豎直方向對應，所述第一豎直段和所述第三豎直段的長度和小于所述豎直流道的長度。

進一步，所述驅動控制層控制所述流動通道內液體金屬的形狀沿所述豎直流道的水平中心線上下對稱并沿所述豎直流道的豎直中心線左右對稱。

進一步，所述密封層通過鍵合固定在所述柔性介質層上，以將所述微流道結構中液態金屬封裝。