一种拓扑自适应电磁吸波结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种拓扑自适应电磁吸波结构及其制备方法，拓扑自适应电磁吸波结构通过将平面基体刻出断裂痕迹形成，其包括若干个周期性排列连接的超级单元，每个超级单元由由四个基本单元以2乘以2的阵列排布连接形成，每个基本单元位于同一条边上的两个顶点分别与相邻的基本单元的相邻顶点连接，每个基本单元之间可以绕连接顶点旋转，使超级单元在结构水平面内展开或收拢，以使吸波结构整体能够自由地发生拓扑形变，增加电磁吸波结构的延展性；吸波结构在拓扑形态变化过程中，仍然可以维持优异的吸波性能，应对多变电磁环境的需求。应对多变电磁环境的需求。应对多变电磁环境的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种拓扑自适应电磁吸波结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于新型人工电磁材料
，特别涉及一种拓扑自适应电磁吸波结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]自然界存在的材料对外加电磁场的宏观响应可以认为是数以亿计的单个原子对外加电磁场电磁响应的平均值。依据人工电磁材料设计的概念，独立单元结构并不一定是原子或者分子，它们可以是任意微小的结构，结构尺寸远远小于电磁波的波长。人们通过对内部微小单元结构的设计以及有效地排列，获得具有不同电磁响应的材料，在宏观上实现对电磁波的调控。
[0003]近年来，随着人工电磁材料的发展，基于人工电磁材料的新型吸波结构受到了人们的广泛关注。目前对于人工电磁材料吸波结构的研究多倾向于单元结构特性方面的研究，通过改变单元结构的材料、尺寸和排列周期等，调控人工电磁材料的电磁特性，并在此基础上设计实现针对不同应用场景的电磁吸波结构。由于人工电磁材料吸波结构的电磁吸波性能依赖于单元结构，因此对单元结构的拓扑形态以及构成材料的电磁响应进行调控都会改变该人工电磁材料的吸波性能。
[0004]专利号为CN 111403917 A的专利技术专利《一种超薄的宽带超材料吸波器单元》公开了一种超薄的宽带超材料吸波器单元，通过采用加载电阻贴片元件的阻抗方环结构，在相对宽的频率范围内实现了对电磁波的吸收，同时其结构简单，易于加工制造。
[0005]专利号为CN 109193173 A的专利技术专利《一种基于相位可调超表面的微波段吸波器件及方法》公开了一种于相位可调超表面的微波段吸波器件及方法。通过对亚波长单元偏置电压的施加来实现电磁状态的改变，调节超表面单元结构的独立相位，进而可任意改变入射场在超表面单元结构的反射相位，具有设计简单，易于加工，应用灵活等特点。
[0006]在实际应用中，科学家不仅要考虑吸波结构的电磁吸波性能，也要关注其力学性能，使之能够广泛应用于不同场景。例如，对于面向机器人或穿戴式等的应用场景，人工电磁材料单元结构的拓扑形态往往会随着机器人或人体的动作发生动态变化，此时人工电磁材料吸波结构的延展性和电磁吸波性能将变得尤为重要。
[0007]现有技术中，人工电磁材料的延展性往往依赖于柔性材料，顾名思义就是利用柔性材料来制备人工电磁材料，满足特定工作环境的形变要求。然而，人工电磁材料的延展性受到柔性材料的力学特性(杨氏模量)限制，同时，人工电磁材料部分区域单元结构拓扑形态的变化会导致电磁吸波性能的改变。
[0008]因此，如何增强人工电磁材料的延展性，同时保持吸波结构在拓扑形态变化中的电磁吸波性能，已成为当前人工电磁材料电磁吸波结构设计领域一个亟待解决的问题。该问题的解决，对于改善现有人工电磁材料对多变电磁环境和不规则结构电磁器件的局限性，应对日益增长的多变电磁环境的需求有着重大的意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种拓扑自适应电磁吸波结构，进一步提供拓扑自适应电磁吸波结构的制作方法。
[0010]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：拓扑自适应电磁吸波结构，包括周期性排列连接的若干个超级单元，所述的超级单元由四个基本单元构成；
[0011]所述的基本单元为正方形的具有电磁吸波性能的片状叠层结构，其包括正方形的高分子介质层、氧化铟锡结构层和氧化铟锡衬底层，所述的氧化铟锡结构层局部覆盖高分子介质层的第一表面，所述的氧化铟锡衬底层完全覆盖在高分子介质层的第二表面；
[0012]所述的超级单元由四个基本单元以2乘以2的阵列排布连接形成，每个基本单元的位于同一条边上的两个顶点分别与相邻的基本单元的相邻顶点连接；
[0013]每个基本单元之间可以绕连接顶点旋转使所述的超级单元在结构水平面内展开或收拢，以使吸波结构整体在动态形变过程中，具有自适应电磁功能,，能够在特定频段范围维持优异的吸波性能。
[0014]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的氧化铟锡结构层包括第一圆环和第二圆环，所述的第一圆环和第二圆环为圆心位于所述的高分子介质层的正方形的中心的同心圆，所述的第一圆环位于所述的第二圆环外。
[0015]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的第一圆环设置有第一缺口，所述的第二圆环设置有第二缺口和第三缺口，所述的第一缺口的中心线和第二缺口的中心线位于沿直径方向的同一直线上，所述的第一缺口和第二缺口位于圆心的同侧，所述的第三缺口的中心线与所述的第一缺口的中心线呈90度夹角。
[0016]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的第一缺口、第二缺口和第三缺口均朝向所述的超级单元的外边缘。
[0017]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的基本单元的边长为15
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20毫米，所述的第一圆环的内径为3
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4毫米，外径为5
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7毫米；所述的第二圆环的内径为0.5
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1毫米，外径为1.5
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2毫米；所述的第一缺口的宽度为1.1
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1.5毫米，所述的第二缺口和第三缺口的宽度为0.3
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0.9毫米。
[0018]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的高分子介质层为聚氯乙烯薄膜或聚对苯二甲酸乙二酯薄膜。
[0019]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的高分子介质层的厚度为0.7
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1.2毫米，所述的高分子介质层的折射率为1.5
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1.7。
[0020]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的氧化铟锡结构层或氧化铟锡衬底层采用磁控溅射法制备在高分子介质层上。
[0021]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述的氧化铟锡结构层的方阻为10
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20Ω/sq。
[0022]本专利技术另一个保护主题为：拓扑自适应电磁吸波结构的制作方法，包括如下步骤：
[0023]制备高分子介质薄膜，在制备高分子介质薄膜基材的第一表面磁溅控制备第一氧化铟锡涂层，在高分子介质薄膜基材的第二表面磁溅控制备第二氧化铟锡涂层，从而形成一多层复合的平面基体；
[0024]对第一氧化铟锡涂层进行刻蚀，使第一氧化铟锡涂层形成局部覆盖于第一表面的
周期性的图案结构；
[0025]依照图案结构对平面基体进行激光刻蚀以生成断裂痕，所述的断裂痕将平面基体分割形成沿所述的超级单元为周期分布的相互连接的基本单元，所述的高分子介质薄膜分割形成所述的基本单元的高分子介质层，所述的第一氧化铟锡涂层形成所述的基本单元的氧化铟锡结构层，所述的第二氧化铟锡涂层形成所述的基本单元的氧化铟锡衬底层。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点是每个基本单元之间可以绕连接顶点旋转使超级单元在二维平面内展开或收拢，电磁吸波结构可在每个基本单元不改变自身形态和电磁性能的前提下发生拓扑形态的变化，从而增强了材料的延展性，具有更多的自由度和灵活性，增加电磁吸波结构对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.拓扑自适应电磁吸波结构，其特征在于包括周期性排列连接的若干个超级单元，所述的超级单元由四个基本单元构成；所述的基本单元为正方形的具有电磁吸波性能的片状叠层结构，其包括正方形的高分子介质层、氧化铟锡结构层和氧化铟锡衬底层，所述的氧化铟锡结构层局部覆盖高分子介质层的第一表面，所述的氧化铟锡衬底层完全覆盖在高分子介质层的第二表面；所述的超级单元由四个基本单元以2乘以2的阵列排布连接形成，每个基本单元的位于同一条边上的两个顶点分别与相邻的基本单元的相邻顶点连接；每个基本单元之间可以绕连接顶点旋转使所述的超级单元在结构水平面内展开或收拢，以使吸波结构整体在动态形变过程中，具有自适应电磁功能。2.根据权利要求1所述的拓扑自适应电磁吸波结构，其特征在于所述的氧化铟锡结构层包括第一圆环和第二圆环，所述的第一圆环和第二圆环为圆心位于所述的高分子介质层的正方形的中心的同心圆，所述的第一圆环位于所述的第二圆环外。3.根据权利要求3所述的拓扑自适应电磁吸波结构，其特征在于所述的第一圆环设置有第一缺口，所述的第二圆环设置有第二缺口和第三缺口，所述的第一缺口的中心线和第二缺口的中心线位于沿直径方向的同一直线上，所述的第一缺口和第二缺口位于圆心的同侧，所述的第三缺口的中心线与所述的第一缺口的中心线呈90度夹角。4.根据权利要求4所述的拓扑自适应电磁吸波结构，其特征在于所述的第一缺口、第二缺口和第三缺口均朝向所述的超级单元的外边缘。5.根据权利要求4所述的拓扑自适应电磁吸波结构，其特征在于所述的基本单元的边长为15
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20毫米，所述的第一圆环的内径为3
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4毫米，外径为5
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7毫米；所述的第二圆环的内径为0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈炼，杨巍，张晟，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
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