一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法；属于可调谐超表面的技术领域。本发明专利技术要解决现有的超表面吸波材料中工作频率单一且固定的技术问题。本发明专利技术制备多张蜂窝结构超表面；再通过拱形架法测试步骤四多张蜂窝结构超表面吸波性能，得到反射损耗曲线，并与CST Studio Suite的仿真结果进行比较，总结其工作频率随厚度和尺寸的变化规律，最终获得一组基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面。本发明专利技术的制备方法简单，制备效率高，对微波吸收工作频率调节有效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法
本专利技术属于可调谐超表面的

技术介绍
近年来，对于超材料及超表面吸波材料的研究与日俱增，但是目前大部分的超表面吸波材料其频率响应和吸收强度都被限定，也就是说，此类吸波材料缺乏适应性和可调谐性。为拓宽超表面吸波材料的应用范围，尤其是宽频段的无线通信系统，包括新兴的认知无线电系统和智能雷达系统，就必须实现吸波的可调谐性。此外，在飞机隐身涂层上，常出现因材料老化导致的工作频率偏移现象，造成隐身效果不够理想，同样需要可调谐的超表面吸波材料来维持工作频率的稳定性，更好的发挥其应用价值。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的超表面吸波材料中工作频率单一且固定的技术问题，而提供一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计制备方法。为解决上述技术问题；本专利技术中一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法是按下述步骤进行的：步骤一、将聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯和石墨烯粉末混合均匀，然后置于真空搅拌机中搅拌，得到悬浊液；步骤二、将步骤一获得的悬浊液流延成膜，干燥或者室温下自然风干，得到薄膜；步骤三、将步骤二获得的薄膜置于激光雕刻机中，将绘制的蜂窝结构图纸导入激光雕刻机，然后根据图纸进行雕刻，在薄膜上得到蜂窝结构，得到蜂窝结构超表面；步骤四、改变膜的厚度及蜂窝尺寸，按步骤一至三的操作制备多张蜂窝结构超表面；步骤五、通过拱形架法测试步骤四多张蜂窝结构超表面吸波性能，得到反射损耗曲线，并与CSTStudioSuite的仿真结果进行比较，总结其工作频率随厚度和尺寸的变化规律，最终获得一组基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面。进一步地限定，步骤一按120ml聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液、12ml磷酸三丁酯、8ml邻苯二甲酸二丁酯和12g石墨烯粉末配比进行混合；所述聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液中聚乙烯醇缩丁醛的质量浓度为10％。进一步地限定，步骤一以200～400rpm的转速搅拌20min。进一步地限定，步骤一钛酸钡粉末(120g)或羰基铁粉末(180g)替换石墨烯粉末；或者添加羰基铁粉末(100g)。进一步地限定，步骤二所述流延成膜是将步骤一得到的悬浊液均匀倾倒在流延机上，将刮刀速度设置为2mm/s，高度设置为0.5～2mm，通过流延法得到薄膜。进一步地限定，步骤二中在40℃下干燥1h。进一步地限定，步骤三中雕刻速度为15mm/s。进一步地限定，步骤三中薄膜的雕刻是通过金刚石线切割机对薄膜进行雕刻；或者薄膜的雕刻是通过激光雕刻亚克力板，获得模板后对薄膜进行雕刻。进一步地限定，步骤三中用AutoCAD绘制的蜂窝结构图纸。本专利技术的基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面，可以通过调节材料的厚度和尺寸，来控制材料的工作频率，调频幅度大且依据材料和结构的不同有更大的发展空间。当蜂窝结构厚度增大时，对应的工作频率降低；当蜂窝结构尺寸增大时，对应的工作频率升高。本专利技术的制备方法简单，制备效率高，对微波吸收工作频率调节有效，该制备流程中流延法以及激光雕刻机的使用均可实现工业化大规模生产，具有广泛的应用前景。附图说明图1是AutoCAD绘制的蜂窝结构图纸；图2是制备出的蜂窝结构超表面实物图；图3是CSTStudioSuite的仿真结构图；图4是CSTStudioSuite的仿真结果，(a)厚度调频(b)尺寸调频；图5是蜂窝结构超表面的实验测试结果(a)厚度调频(b)尺寸调频。具体实施方式实施例1本实施例的基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计制备方法，按以下步骤进行：步骤一、将120ml聚乙烯醇缩丁醛(PVB)/乙醇(C2H6O)10wt.％溶液、12ml磷酸三丁酯(TBP)、8ml邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和12g石墨烯(C)粉末混合，用玻璃棒搅拌均匀后，然后在真空搅拌机中以300rpm的转速搅拌20min，得到悬浊液；步骤二、将步骤一获得的悬浊液，均匀倾倒在流延机上，将刮刀速度设置为2mm/s，高度设置为1mm，通过流延法成膜，室温下自然风干24h，得到薄膜；步骤三、将亚克力板置于激光雕刻机中，将AutoCAD绘制的蜂窝结构图纸导入激光雕刻机，将雕刻速度设置为15mm/s，重复雕刻两次，根据图纸进行雕刻，得到蜂窝结构模板，将步骤三得到的薄膜按照模板雕刻成蜂窝结构超表面；步骤四、在配比时可根据膜的厚度适量增加或减少原料，通过改变膜的厚度及蜂窝尺寸，按步骤一至三的操作制备多张蜂窝结构超表面；步骤五、将步骤四中得到的多张蜂窝结构超表面通过拱形架法测试吸波性能，得到反射损耗曲线，并与CSTStudioSuite的仿真结果进行比较，总结其工作频率随厚度和尺寸的变化规律，最终获得一组基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面。本实施例中，原料粉末选取为石墨烯，在雕刻结构时通过先雕刻模板后雕刻薄膜的方式对材料进行加工，成功地制备了一组基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面。表1序号厚度石墨烯粉末边长相邻之间间距谐振频率11.25mm36g6mm6.93mm6.5GHz21.45mm48g6mm6.93mm6.2GHz31.63mm60g6mm6.93mm6.0GHz41.85mm72g6mm6.93mm5.6GHz52.10mm84g6mm6.93mm5.4GHz62.87mm108g6mm6.93mm5.0GHz图1是实施例中使用AutoCAD绘制的蜂窝结构图纸，图2是制备出的蜂窝结构超表面实物图，图3是CSTStudioSuite的仿真结构图，图4是CSTStudioSuite的仿真结果，图5是蜂窝结构超表面的实验测试结果。从图4和图5可以看出，无论是仿真还是实验结果，所体现出来的趋势都是蜂窝结构超表面的工作频率随厚度的增加而降低，随尺寸的增大而升高。本专利技术成功的设计制备了一种可调谐的蜂窝结构超表面，实现了对超表面工作频率的有效调控，并且工艺流程简单，便于大规模生产与应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法，其特征在于所述设计方法是按下述步骤进行的：/n步骤一、将聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯和石墨烯粉末混合均匀，然后置于真空搅拌机中搅拌，得到悬浊液；/n步骤二、将步骤一获得的悬浊液流延成膜，干燥或者室温下自然风干，得到薄膜；/n步骤三、将步骤二获得的薄膜置于激光雕刻机中，将绘制的蜂窝结构图纸导入激光雕刻机，然后根据图纸进行雕刻，在薄膜上得到蜂窝结构，得到蜂窝结构超表面；/n步骤四、改变膜的厚度及蜂窝尺寸，按步骤一至三的操作制备多张蜂窝结构超表面；/n步骤五、通过拱形架法测试步骤四多张蜂窝结构超表面吸波性能，得到反射损耗曲线，并与CST Studio Suite的仿真结果进行比较，总结其工作频率随厚度和尺寸的变化规律，最终获得一组基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法，其特征在于所述设计方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯和石墨烯粉末混合均匀，然后置于真空搅拌机中搅拌，得到悬浊液；
步骤二、将步骤一获得的悬浊液流延成膜，干燥或者室温下自然风干，得到薄膜；
步骤三、将步骤二获得的薄膜置于激光雕刻机中，将绘制的蜂窝结构图纸导入激光雕刻机，然后根据图纸进行雕刻，在薄膜上得到蜂窝结构，得到蜂窝结构超表面；
步骤四、改变膜的厚度及蜂窝尺寸，按步骤一至三的操作制备多张蜂窝结构超表面；
步骤五、通过拱形架法测试步骤四多张蜂窝结构超表面吸波性能，得到反射损耗曲线，并与CSTStudioSuite的仿真结果进行比较，总结其工作频率随厚度和尺寸的变化规律，最终获得一组基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面。


2.根据权利要求1所述一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的设计方法，其特征在于步骤一按120ml聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液、12ml磷酸三丁酯、8ml邻苯二甲酸二丁酯和12g石墨烯粉末配比进行混合；所述聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液中聚乙烯醇缩丁醛的质量浓度为10％。


3.根据权利要求1所述一种基于厚度和尺寸变化的蜂窝结构可调谐超表面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李均，沈振宇，刘璐璐，邓楠栋，周忠祥，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23