[發明專利]一種多功能超材料

在審

• 申請號: 202210310594.0
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114759355A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李勃;王妍雯;趙潤妮;文永正;周濟
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q17/00;H05K9/00;F25B23/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 張建珍

本發明公開了一種多功能超材料，該多功能超材料包括輻射制冷層和陣列布設于輻射制冷層表面的若干個電磁波吸收單元；電磁波吸收單元的材質為介電常數在90以上、損耗角正切值為0.008～0.01的材料。該多功能超材料中陣列排布的電磁波吸收單元可在較小尺寸下實現電磁波吸收功能，保證輻射制冷層的輻射制冷功能得以充分發揮，從而實現電磁隱身和輻射制冷功能的有效復合，且其結構簡單，無需外加主動裝置，減輕能耗和重量。

技術領域

本發明涉及超材料技術領域，尤其是涉及一種多功能超材料。

背景技術

目前，通信、運載工具為了適應工作環境需要滿足更高的性能要求，如穩定運輸工具內部溫度環境、對多種檢測設備同時隱身、隱身高速飛行物的降溫等，相關高性能材料的開發成為一個熱點問題。

實現電磁隱身常用的吸波涂層厚度大，Salisbury屏等復合吸波材料亦存在難以適應通信、運載工具的外形、不便于大面積裝配應用的缺點；而制冷功能的實現常需外加主動裝置，如黑體輻射源需配套冷卻媒介，導致能耗和整體重量的增加，以及機動性能的降低，并且制冷效果仍有提升空間。電磁隱身的實現需在裝備表面大面積覆蓋具有相應功能的材料，而被動輻射制冷的效果與裝配面積成正比，單純復合兩類結構通常會影響隱身或制冷效應，同時增加工藝復雜度。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種多功能超材料，可以在不明顯增加能耗和重量的情況下同時實現隱身和輻射制冷功能，對設備的減重節能具有重要意義。

本發明的第一方面，提出了一種多功能超材料，包括輻射制冷層和陣列布設于所述輻射制冷層表面的若干個電磁波吸收單元；所述電磁波吸收單元的材質為介電常數在90以上、損耗角正切值為0.008～0.01的材料。

根據本發明實施例的多功能超材料，至少具有以下有益效果：該多功能超材料通過在輻射制冷層的表面陣列布設若干由高介電常數、高損耗角正切值材料制得的電磁波吸收單元，可實現電磁隱身與輻射制冷功能的復合。其中，輻射制冷層一方面可作為電磁波吸收單元的布設基層，另一方面可實現輻射制冷功能；而陣列排布的電磁波吸收單元能夠與入射電磁波耦合發生磁諧振，吸收電磁波，從而實現電磁隱身，具體地，當電磁波傳輸至陣列排布的電磁波吸收單元時，電磁波吸收單元內部發生Mie諧振，生產所需的區域電場和磁場，吸收諧振頻率附近的電磁波，實現對該波段電磁波的隱身效果；電磁波吸收單元具體采用高介電常數、高損耗角正切值的材料，材料的高損耗角正切值可提高電磁波吸收率，而其高介電常數使得電磁波吸收單元能在較小尺寸下實現電磁隱身吸波功能，可減少同等諧振條件下電磁波吸收單元在輻射制冷層表面的面積占比，為輻射制冷層提供更大的有效作用面積，減少電磁隱身與制冷功能結構的相互影響，以利于輻射制冷層功能的充分發揮，同時可減小整體結構剖面厚度，實現減重；并且其結構簡單，相比于常規的電磁隱身與輻射制冷的組合器件而言，無需外加主動裝置，集成度高。

在本發明的一些實施方式中，所述電磁波吸收單元在所述輻射制冷層的表面覆蓋率為1～10％。其中，所述的表面是指所述輻射制冷層上與所述電磁波吸收單元相接觸的一面。

該陣列布設的電磁波吸收單元的作用波段為微波頻段，因而，對電磁波吸收單元的材料選擇及設置需滿足電磁諧振及在以上作用波段內具有高介電常數和損耗角正切值的要求。在本發明的一些實施方式中，所述電磁波吸收單元周期性等間距陣列布設于所述輻射制冷層的表面，以保證工作波段諧振頻率準確。另外，可將各電磁波吸收單元設計為形狀相同，間隔統一，具體間隔可通過模擬計算獲得，具體形狀可為立方體、球體或其他形狀。