【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工电磁材料，尤其涉及一种液态金属可重构超表面反射单元及其制造方法。
技术介绍
1、超表面是对电磁波具有特殊调控特性的超薄人工微结构，其亚波长结构能在亚波长尺度对反射电磁波频谱和波前进行灵活的调控，产生诸多自然材料无法实现的特异电磁现象，如调控电磁波相位、偏振和振幅等；其厚度远小于波长，损耗较小且易于加工，在传感、探测、成像、隐身、微纳加工等领域中有广泛的应用前景。
2、传统超表面多为“金属谐振层-介质层-金属接地板”的三明治结构，其加工制造已有成熟的工艺，但其电磁特征在加工完成后无法改变，因此难以适应可重构等需求。为实现超表面的可调性能，可通过改变超表面的结构特征，以实现对电磁波反射等性能的调节，已有研究团队通过使用有源器件、电控器件、pin二极管、mems器件等实现了超表面的可调功能。但使用有源器件调控的超表面带宽较窄，器件只有通、断两种状态，从而导致单元只有有限离散的电磁响应调控状态；且有源器件需要加电保持，存在高功耗瓶颈；电控器件有工作频段限制，超表面结构在高频段应用困难，非线性明显；而电控器件的焊接又会导致结构表面不平整，影响超表面结构与其他结构的集成应用。因此，需研究新的调控手段及单元形式，以实现宽带电磁响应连续调控能力。
3、近年来，液态金属(镓基合金)常用于可重构电磁器件，如液态金属天线、液态金属超表面等。镓基合金具有低熔点、流动响应高精度操控、电连续性、大延展性、属性不受电磁频段影响等优点。利用液态金属的可任意流动性，通过制备微流道封装结构使液态金属在流道中流动，可代替超表
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种液态金属可重构超表面反射单元及其制造方法，用以解决现有超表面反射单元结构的至少以下问题之一：1、现有超表面反射单元结构调控状态离散且有限；2、现有超表面反射单元结构连续调节能力不足、调节带宽较窄；3、现有超表面反射单元结构反射相移范围较小。
2、本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种液态金属可重构超表面反射单元，包括：柔性基底、柔性薄膜、柔性上盖板、驱动控制结构和接地板；
4、所述柔性上盖板、柔性薄膜、柔性基底、接地板和驱动控制结构按顺序层叠设置；
5、所述柔性基底上设置微流道阵列结构和注液口，所述微流道阵列结构包括多个单元微流道结构，所述多个单元微流道结构贯通，所述单元微流道结构为弯曲十字形结构，包括储液池和四个半圆弧型十字臂流道。
6、进一步地，所述微流道阵列结构用于提供液态金属和驱动液流动流道；所述驱动控制结构用于控制液态金属在多个单元微流道结构中的流动状态；所述接地板用于反射电磁波。
7、进一步地，所述储液池位于单元微流道结构中央，所述四个半圆弧形十字臂流道围绕所述储液池设置，通过储液池相互连通，所述四个半圆弧型十字臂流道均向远离储液池的方向延伸。
8、进一步地，所述四个半圆弧型十字臂流道包括第一半圆弧型十字臂流道、第二半圆弧型十字臂流道、第三半圆弧型十字臂流道和第四半圆弧型十字臂流道；
9、所述第一半圆弧型十字臂流道和第三半圆弧型十字臂流道中心对称分布，第二半圆弧型十字臂流道和第四半圆弧型十字臂流道中心对称分布。
10、进一步地，相邻半圆弧型十字臂流道之间的夹角为90°。
11、进一步地，所述柔性薄膜通过热压粘合在柔性基底上，所述柔性上盖板通过喷胶粘合在柔性薄膜上，所述柔性上盖板中制造与单元微流道结构相同结构的空气腔结构；
12、所述驱动控制结构与柔性基底上的注液口通过外接导管相连；
13、所述接地板分别与柔性基底和驱动控制结构胶粘。
14、进一步地，所述柔性基底、柔性薄膜、柔性上盖板共同形成柔性封装结构，柔性基底的厚度h1为3-6mm，柔性薄膜的厚度为10-50μm，柔性上盖板的厚度h2为1.5-3mm。
15、进一步地，所述空气腔结构的高度t2为0.7-1.2mm。
16、进一步地，液态金属在所述液态金属可重构超表面反射单元中的尺寸变化范围为30°＜j＜180°，其中j为液态金属在半圆弧型十字臂流道中流动时的圆弧角度。
17、另一方面，本专利技术还提供了一种液态金属可重构超表面反射单元的制造方法，用于制备上述液态金属可重构超表面反射单元，包括：
18、s1：确定单元微流道结构的形状和初始尺寸，所述单元微流道结构为半圆弧型十字臂结构；
19、s2：根据单元微流道结构的形状、初始尺寸和初始排列周期，设计微流道阵列结构，根据微流道阵列结构，设计柔性基底和柔性上盖板形状和初始尺寸；
20、s3：将单元微流道结构的形状、初始尺寸和初始排列周期，柔性基底和柔性上盖板的形状和初始尺寸、柔性薄膜初始尺寸输入电磁仿真软件，得到初始超表面反射单元模型；
21、s4：输入柔性基底、液态金属和驱动液的材料参数，使用电磁仿真软件对初始超表面反射单元模型进行多次扫参迭代，得到最终超表面反射单元模型，确定最终超表面反射单元模型中单元微流道结构、柔性基底、柔性薄膜和柔性上盖板的尺寸为最终尺寸；
22、s5：根据最终超表面反射单元模型，制造符合形状和尺寸要求的单元微流道结构、柔性基底和柔性上盖板；
23、s6：在柔性基底上制造微流道阵列结构和注液口；
24、s7：根据最终超表面反射单元模型，在柔性基底上使用热压法粘合柔性薄膜；在柔性上盖板中开设与单元微流道结构同样形状的空气腔结构；
25、s8：通过注液口注入驱动液，驱动液通过单元微流道结构之间的通孔注入每个单元微流道结构的流动通道中；通过注液口注入液态金属，液态金属通过单元微流道结构之间的通孔注入每个单元微流道结构的流动通道中；
26、s9：将柔性上盖板通过喷胶粘合在柔性薄膜上；在柔性基底下设置接地板；在接地板下设置驱动控制结构，驱动控制结构与注液口相连，得到超表面反射单元实物。
27、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
28、1、本专利技术的液态金属可重构超表面反射单元，通过采用液态金属与多个半圆弧型十字臂型的单元微流道结构组成的微流道阵列代替常规超表面结构的固定金属阵列，通过控制液态金属在半圆弧型十字臂流道中的连续可调，实现反射单元的谐振频率和反射相位连续可重构，解决了常规超表面单元使用pin二极管等元件调节电磁响应状态所面临的调控状态有限、连续调节能力不足等问题。
29、2、本专利技术液态金属可重构超表面反射单元，通过弯曲十字形结构的流道增加液态金属尺寸调节范围，扩大反射相位调节范围，具有极化不敏感、入射角度不敏感、电磁响应连续可调、反射相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述液态金属可重构超表面反射单元包括：柔性基底、柔性薄膜、柔性上盖板、驱动控制结构和接地板；
2.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，所述微流道阵列结构用于提供液态金属和驱动液流动流道；所述驱动控制结构用于控制液态金属在多个单元微流道结构中的流动状态；所述接地板用于反射电磁波。
3.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述储液池位于单元微流道结构中央，所述四个半圆弧形十字臂流道围绕所述储液池设置，通过储液池相互连通，所述四个半圆弧型十字臂流道均向远离储液池的方向延伸。
4.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述四个半圆弧型十字臂流道包括第一半圆弧型十字臂流道、第二半圆弧型十字臂流道、第三半圆弧型十字臂流道和第四半圆弧型十字臂流道；
5.根据权利要求4所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，相邻半圆弧型十字臂流道之间的夹角为90°。
6.根据权利要求4所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，
7.根据权利要求5所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述柔性基底、柔性薄膜、柔性上盖板共同形成柔性封装结构，柔性基底的厚度h1为3-6mm，柔性薄膜的厚度为10-50μm，柔性上盖板的厚度h2为1.5-3mm。
8.根据权利要求7所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述空气腔结构的高度t2为0.7-1.2mm。
9.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，液态金属在所述液态金属可重构超表面反射单元中的尺寸变化范围为30°＜J＜180°，其中J为液态金属在半圆弧型十字臂流道中流动时的圆弧角度。
10.一种液态金属可重构超表面反射单元的制造方法，用于制备权利要求1-9任一项所述液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述液态金属可重构超表面反射单元包括：柔性基底、柔性薄膜、柔性上盖板、驱动控制结构和接地板；
2.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，所述微流道阵列结构用于提供液态金属和驱动液流动流道；所述驱动控制结构用于控制液态金属在多个单元微流道结构中的流动状态；所述接地板用于反射电磁波。
3.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述储液池位于单元微流道结构中央，所述四个半圆弧形十字臂流道围绕所述储液池设置，通过储液池相互连通，所述四个半圆弧型十字臂流道均向远离储液池的方向延伸。
4.根据权利要求1所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，所述四个半圆弧型十字臂流道包括第一半圆弧型十字臂流道、第二半圆弧型十字臂流道、第三半圆弧型十字臂流道和第四半圆弧型十字臂流道；
5.根据权利要求4所述的液态金属可重构超表面反射单元，其特征在于，相邻半圆弧型十字臂流道之间的夹角为90°。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：李一凡，许诺，李平，臧金良，安灵椿，张涵，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。