一种人工合成材料制造技术

本发明专利技术提供了一种人工合成材料，所述人工合成材料包括基板及多个人造微结构，基板分成多个结构单元，所述多个人造微结构设置于基板的多个结构单元中，其中人造微结构包括多组线段组，多组线段组包括建立在三维笛卡儿坐标系基础上的第一线段组。本发明专利技术人工合成材料采用雪花型人造微结构和基板构成人工合成材料，并根据实际需要设置所述多个微结构为一维、二维或者三维的结构。本发明专利技术人工合成材料是具有特殊电磁效应的新型材料，其电磁效应的特征是由其微结构的特征决定。所述人工合成材料可替代现有的电磁材料应用到各种电磁波的应用系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种材料，特别是涉及ー种人工合成材料。
技术介绍
超材料(metamaterial)是21世纪物理学领域出现的ー个新的学术词汇,近年来经常出现在各类科学文献。超材料的三个重要特征包括(I)超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；(2)超材料具有超常的物理性质(这种性质往往是自然界的材料中所不具备的)； (3)超材料的性质往往不决定于构成材料的本征性质，而主要决定于其中的人工结构。即超材料是ー种以人造结构为基本単元并以特定方式进行空间排布的材料，且该材料是ー种具有特殊电磁效应的新型材料，其电磁效应的特征是由其人造结构的特征所决定。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料包括人造结构，其中人造结构的电磁响应很大程度上取决于人造结构的拓扑特征与结构单元尺寸。超材料还包括人造结构所附着的基质材料,该基质材料对人造结构起到支撑作用，因此可为任何与人造结构不同的材料。该人造结构和该基质材料的叠加会在空间中产生ー个等效介电常数ξ与磁导率μ，而这两个物理參数分别对应了超材料的电场响应与磁场响应。因此，超材料人造结构的设计是超材料领域最关键的环节。如何实现ー种超材料，进ー步改进现有电磁材料的电磁特性，并替代现有电磁材料实现应用，成为现代技术发展的一大难题。
技术实现思路
本专利技术提供ー种人工合成材料，能够改进电磁材料的电磁特性，替代现有电磁材料应用到各种电磁波的应用系统。ー种人工合成材料，其中，该人工合成材料包括基板及多个人造微结构，基板分成多个结构単元，多个人造微结构设置于基板的多个结构単元中，其中该人造微结构包括多组线段组，该多组线段组包括建立在三维笛卡儿坐标系基础上的第一线段组。作为上述人工合成材料的进ー步改进，该第一线段组包括在该三维笛卡儿坐标系的X轴上截取的第一线段Α、在Y轴上截取的第一线段B和在Z轴上截取的第一线段C。作为上述人工合成材料的进ー步改进，该多组线段组包括η组线段组，该第η线段组垂直设置在该第n-Ι线段组的每ー线段的末端。作为上述人工合成材料的进ー步改进，人造微结构为雪花型结构。作为上述人工合成材料的进ー步改进，该多组线段组的每一线段组的线段长度相等或相异。作为上述人工合成材料的进ー步改进，多组线段组的材料包括金属，基板包括绝缘的介电材料。作为上述人工合成材料的进ー步改进，人造微结构通过光刻、蚀刻エ艺附着在该结构单元上。作为上述人工合成材料的进ー步改进,结构单元的尺寸等于或者小于所响应的电磁波波长λ的十分之一。作为上述人工合成材料的进ー步改进，人工合成材料的介电常数和磁导率都小于O0本专利技术人工合成材料采用雪花型人造微结构和基板构成人工合成材料，井根据实 际需要设置该多个微结构为ー维、ニ维或者三维的结构。本专利技术人工合成材料是具有特殊电磁效应的新型材料，其电磁效应的特征是由其微结构的特征决定。该人工合成材料可替代现有的电磁材料应用到各种电磁波的应用系统。附图说明图I示出了根据本专利技术的人工合成材料；图2示出了图I中的本专利技术人工合成材料的人造微结构的第一衍生结构；图3示出了图I中的本专利技术人工合成材料的人造微结构的第二衍生结构；图4是根据本专利技术具有第二衍生结构的人工合成材料的一个结构単元的示意图；图5是本专利技术具有第二衍生结构的人工合成材料的一维结构示意图；图6是本专利技术具有第二衍生结构的人工合成材料的ニ维结构示意图；图7示出了图I中的本专利技术人工合成材料的人造微结构的第三衍生结构；图8是本专利技术的人工合成材料的介电常数ξ与电磁波频率f的ξ-f关系示意图；图9是本专利技术的人工合成材料的磁导率μ与电磁波频率f的μ _f关系示意图；以及图10是本专利技术人工合成材料的工作频率范围示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。为了改进现有技术的电磁材料的电磁特性，本专利技术提供ー种人工合成材料，并替代现有电磁材料应用到各种电磁波的应用系统。请參阅图1，图I示出了根据本专利技术的人工合成材料。该人工合成材料100包括基板101，将该基板101划分成多个结构単元103，如图I中由虚线及该基板101边缘划分出的部分。根据本专利技术的人工合成材料100还包括多个人造微结构102，该多个人造微结构102分别设置在该多个结构单元103中。在本专利技术的实施方式中，该基板101采用聚四氟こ烯，在本专利技术的其他实施方式中，该基板101还可以采用陶瓷等绝缘材料。该结构単元103及该人造微结构102的尺寸可以根据需要进行调整。例如，当该人工合成材料需要对波长为λ的电磁波产生响应时，则该结构单元103及该人造微结构102的尺寸设置成小于波长λ的十分之一。为了简化制备エ艺，该结构单元103及该人造微结构102的尺寸优选地为波长λ的十分之一数量级。例如，在本实施方式中，需要对波长为3cm的电磁波产生特别响应，因而该结构单元103及该人造微结构102的尺寸设置成I. 5mm 3mm，优选地设置成I. Omm0參考图2，图2示出了图I中的人造微结构的第一衍生结构，由图2可知，该人造微结构102的第一衍生结构为“ + ”字型。图2所示，首先建立一三维笛卡儿坐标系，该坐标系具有相互垂直且共交点的3个坐标轴X、Y、Z。根据本专利技术的该人造微结构102的第一衍生结构包括分别在X、Y和Z轴上各截取长度分别为a、b和c的第一线段组，该第一线段组包括第一线段A、第一线段B和第一线段C，且该第一线段A、第一线段B和第一线段C的中点均在该三维坐标系的原点O上(未标示)，对应地，第一线段A的长度为a、第一线段B的长度为b，第一线段C的长度为C，该第一线段A、B、C组合成本 专利技术的该人造微结构102的第ー衍生结构。图3示出了本专利技术人工合成材料的人造微结构的第二衍生结构。參考图2及图3，本专利技术人工合成材料的该人造微结构的第二衍生结构是在图2所示的第一衍生结构的基础上衍生而来。在图2所示的第一衍生结构中，在第一线段组的每ー线段末端设置ー组垂直于该线段的第二线段组，其中，第一线段A的两端设置长度为dl的第二线段D1、长度为d2的第二线段D2，第一线段B的两端设置长度为el的第二线段El、长度为e2的第二线段E2，第一线段C的两端设置长度为Π的第二线段F1、长度为f2的第二线段F2，从而形成根据本专利技术的人造微结构102的第二衍生结构。请參阅图3至图6，图3示出了本专利技术人工合成材料的人造微结构的第二衍生结构，图4是根据本专利技术具有第二衍生结构的人工合成材料的一个结构単元的示意图，图5是本专利技术具有第二衍生结构的人工合成材料的一维结构示意图，图6是本专利技术具有第二衍生结构的人工合成材料的ニ维结构示意图。当然，具有本专利技术的第二衍生结构的人工合成材料也可以有三维结构，只需将图6中具有第二衍生结构的人工合成材料的ニ维结构堆叠，即可获得具有三维结构的人工合成材料。再请參阅图3至图6，在本专利技术的本实施方式中，具有第二衍生结构的人造微结构102设置在结构单元103中。形成基板的材料为绝缘的介电材料，例如为陶瓷材料。人造微结构102由金属银、铜形成，并通过光刻、刻蚀或者其他形式附着在该结构単元103上的介电材料上。基板的材料和人造微结构的材料为不同的材料，且这两种材料在空间的叠加会在空间等效成ー种具有特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种人工合成材料，其特征在于，包括基板及多个人造微结构，所述基板分成多个结构单元，所述多个人造微结构设置于所述基板的所述多个结构单元中，其中所述人造微结构包括多组线段组，所述多组线段组包括建立在三维笛卡儿坐标系基础上的第一线段组。2.根据权利要求I所述的人工合成材料，其特征在于，所述第一线段组包括在所述三维笛卡儿坐标系的X轴上截取的第一线段A、在Y轴上截取的第一线段B和在Z轴上截取的第一线段C。3.根据权利要求2所述的人工合成材料，其特征在干，所述多组线段组包括η组线段组，所述第η线段组垂直设置在所述第η-I线段组的每ー线段的末端。4.根据权利要求3所述的人...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，王金今，徐冠雄，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，
类型：发明
国别省市：