一种流控重构超表面及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种流控重构超表面及其制造方法，该流控重构超表面包括密封层、柔性介质层、驱动控制层和电磁反射层，密封层、柔性介质层、驱动控制层和电磁反射层按顺序层叠设置，柔性介质层上阵列设置有多个微流道结构，微流道结构中具有供液态金属流动的流动通道，电磁反射层用于电磁波的反射，驱动控制层用于控制液态金属在所述流动通道中的流动位置及形状；其中，每个所述微流道结构的流动通道的形状为类“工”字形。本发明专利技术通过液态金属在类“工”字形的微流道结构中的可逆连续流动控制，实现电磁波频率、相位、幅值等特性动态重构响应能力，实现L、S、C宽频带响应能力，重构带宽大于4.5GHz、重构频带内衰减大于

【技术实现步骤摘要】
一种流控重构超表面及其制造方法


[0001]本专利技术涉及人工电磁材料
，特别涉及一种流控重构超表面及其制造方法。

技术介绍

[0002]超表面作为一种新型人工复合微结构，具有天然材料所不具备的超常物理性质。由于其材料结构属性的可人工设计性，能够通过设计合适的结构实现对材料性能、电磁波响应的灵活操控，使得在伪装隐身技术、通信技术、传感技术等领域取得了快速的发展和应用。
[0003]随着微纳制备工艺的高精度发展，微纳尺度结构可得到精确的加工，其应用领域和应用范围愈发广泛。虽然超表面具有十分优异的性能，但其结构在设计、加工完后其材料属性及对电磁波的响应特性就已固定，不能随环境变化而改变材料属性，即无法实现性能的“动态化”。因此，如何在利用超表面优异性能的同时，实现材料结构属性与电磁波响应具有可调节性，是超表面发展中进一步拓展合提升性能、应用范围的核心和关键。近年已经研究出采用导电高分子材料、液晶分子、MEMS静电结构、二极管等技术途径主动改变超表面结构特征，实现对电磁波响应的调节。但导电高分子材料的电导率和介电常数可调控范围仍然较小，同时，调控稳定性难以保证；液晶分子依据分子在不同电场下的取向实现电磁参数调节，但具有调控宽度较窄、调控响应时间较长等问题；MEMS静电结构难以满足宽带需求，并且大规模应用将带来结构可靠性问题；另外，二极管调节状态有限、非线性效应明显、宽带调节能力不足。因此，利用常规超表面阵列虽然能够实现对电磁波响应的动态调控，但仍面临调控状态有限、连续调节能力不足、柔性化功能有待提升等问题，特别是上述方式针对同一单元通常仅能实现两个状态间调节，对于任意电磁波响应的调节需要数量较多的单元编码才能实现，结合超表面应用需求，还需要进一步实现超表面单元的在宽带调节范围内的多状态连续调节能力。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够在多个状态下动态、灵活地调节超表面性能的流控重构超表面及其制造方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术第一方面，提供了一种流控重构超表面，包括密封层、柔性介质层、驱动控制层和电磁反射层，所述密封层、所述柔性介质层、所述驱动控制层和所述电磁反射层按顺序层叠设置，所述柔性介质层上阵列设置有多个微流道结构，所述微流道结构中具有供液态金属流动的流动通道，所述电磁反射层用于电磁波的反射，所述驱动控制层用于控制液态金属在所述流动通道中的流动位置及形状；其中，每个所述微流道结构的流动通道的形状为类“工”字形。
[0006]进一步，所述流动通道包括第一水平流道、第二水平流道和竖直流道，所述第一水平流道包括第一水平段、第一竖直段和第二竖直段，所述第二水平流道包括第二水平段、第
三竖直段和第四竖直段，所述第一水平段和所述第二水平段平行设置且所述第一水平段和所述第二水平段之间通过所述竖直流道连通，所述第一水平段和所述第二水平段沿所述竖直流道的水平中心线上下对称设置，所述第一竖直段和所述第二竖直段沿所述竖直流道的竖直中心线左右对称设置，所述第一竖直段和所述第三竖直段在竖直方向对应，所述第二竖直段和所述第四竖直段在竖直方向对应，所述第一竖直段和所述第三竖直段的长度和小于所述竖直流道的长度。
[0007]进一步，所述驱动控制层控制所述流动通道内液体金属的形状沿所述竖直流道的水平中心线上下对称并沿所述竖直流道的竖直中心线左右对称。
[0008]进一步，所述密封层通过键合固定在所述柔性介质层上，以将所述微流道结构中液态金属封装。
[0009]进一步，所述柔性介质层的材料为PDMS、PMMA或PET。
[0010]进一步，所述驱动控制层控制液态金属在所述微流道结构中的流动控制方式包括电磁、电压和/或压力。
[0011]进一步，所述微流道结构的流动通道中预置有导电液。
[0012]进一步，所述驱动控制层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过所述导电液与所述微流道结构的流动通道中液态金属电性连接，根据所述第一电极和所述第二电极上施加电压大小来动态调节液态金属在所述微流道结构的流动通道中的流动位置及形状。
[0013]进一步，所述导电液为酸性或碱性溶液，并且所述导电液在液态金属之前注入所述微流道结构的流动通道中。
[0014]进一步，所述第一电极和所述第二电极形成于所述驱动控制层中，所述柔性介质层中设置有与所述流动通道连通的通孔，所述第一电极和所述第二电极引线穿过所述通孔与液态金属电性连接。
[0015]进一步，所述电磁反射层的材料为金属。
[0016]进一步，所述第一水平段和所述第二水平段的长度范围为25mm
‑
28mm，所述第一竖直段和所述第二竖直段的长度范围为0.1
‑
13.8mm，所述第一竖直段和所述第三竖直段之间的间距范围为0.2mm
‑
2mm
[0017]进一步，所述流控重构超表面的连续重构带宽大于4.5GHz，重构频带内衰减大于
‑
20dB。
[0018]本专利技术第二方面，提供了一种流控重构超表面的制造方法，包括如下步骤：
[0019]1)在柔性介质层上形成多个微流道结构形成的阵列；其中，所述微流道结构中具有供液态金属流动的流动通道，所述流动通道的形状为类“工”字形；
[0020]2)在每个所述微流道结构的流动通道中分别注入液态金属；
[0021]3)在柔性介质层上封装密封层；
[0022]4)在柔性介质层下形成驱动控制层；
[0023]5)在所述驱动控制层下设置电磁反射层。
[0024]本专利技术的流控重构超表面在柔性介质层中形成“工”字形的微流道结构，通过液态金属在“工”字形的微流道结构中的可逆连续流动控制，实现电磁波频率、相位、幅值等特性动态重构响应能力，实现L、S、C宽频带响应能力，连续重构带宽大于4.5GHz、重构频带内衰
减大于
‑
20dB，具有大角度不敏感、柔性化、电磁响应频率宽带连续可重构及电磁强衰减能力。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术一实施例的流控重构超表面的微流道结构的示意图；
[0027]图2为本专利技术一实施例的流控重构超表面的剖面示意图；
[0028]图3为本专利技术一实施例的流控重构超表面的电磁响应图；
[0029]图4为本专利技术一实施例的流控重构超表面的大角度不敏感响应图；
[0030]图5为本专利技术一实施例的流控重构超表面制造方法的流程图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.流控重构超表面，其特征在于，包括密封层、柔性介质层、驱动控制层和电磁反射层，所述密封层、所述柔性介质层、所述驱动控制层和所述电磁反射层按顺序层叠设置，所述柔性介质层上阵列设置有多个微流道结构，所述微流道结构中具有供液态金属流动的流动通道，所述电磁反射层用于电磁波的反射，所述驱动控制层用于控制液态金属在所述流动通道中的流动位置及形状；其中，每个所述微流道结构的流动通道的形状为类“工”字形。2.如权利要求1所述的流控重构超表面，其特征在于，所述流动通道包括第一水平流道、第二水平流道和竖直流道，所述第一水平流道包括第一水平段、第一竖直段和第二竖直段，所述第二水平流道包括第二水平段、第三竖直段和第四竖直段，所述第一水平段和所述第二水平段平行设置且所述第一水平段和所述第二水平段之间通过所述竖直流道连通，所述第一水平段和所述第二水平段沿所述竖直流道的水平中心线上下对称设置，所述第一竖直段和所述第二竖直段沿所述竖直流动的竖直中心线左右对称设置，所述第一竖直段和所述第三竖直段在竖直方向对应，所述第二竖直段和所述第四竖直段在竖直方向对应，所述第一竖直段和所述第三竖直段的长度和小于所述竖直流道的长度。3.如权利要求2所述的流控重构超表面，其特征在于，所述驱动控制层控制所述流动通道内液体金属的形状沿所述竖直流道的水平中心线上下对称并沿所述竖直流道的竖直中心线左右对称。4.如权利要求1所述的流控重构超表面，其特征在于，所述柔性介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：许诺，李平，臧金良，郭家瑞，安灵椿，汪震海，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：