一种低频负磁导率超材料制造技术

本发明专利技术涉及一种低频负磁导率超材料，包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，所述人造微结构包括在所述基板正面上的多个第一人造微结构以及在所述基板背面上的多个第二人造微结构，且所述第二人造微结构小于所述第一人造微结构，所述第一人造微结构为开口谐振环或者开口谐振环的衍生结构。采用本发明专利技术，能够实现负磁导率特性，尤其是实现μ＝-1；同时在基板背面附着远小于第一人造微结构的第二人造微结构，使得超材料的介电常数增大，从而使谐振频率左移，最终实现负磁导率的频段出现在较低的频率范围例如小于15～16MHz。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种低频负磁导率超材料。
技术介绍
目前在国际上，对磁导率已有大量研究，正磁导率已经比较成熟，但是目前社会急需负磁导率超材料，因为它具有很特别的功能，例如可以对入射波产生极化，又如在医学成像领域中，能够加强电磁波的成像效果，还在透镜研究方面都有很大用处，有很好的应用前景，因此对负磁导是目前国内外研究的热点之一。超材料(metamaterial),又称人工电磁材料,是ー种能够对电磁产生响应的新型人工合成材料，其中一个显著的响应特性就是呈现负磁导率特性。超材料由基板和附着在 基板上的人造微结构组成，人造微结构通常为金属线排布成的具有一定几何图形的结构，每个人造微结构的尺寸远小于电磁波波长，其形状和尺寸能直接影响到负磁导率的值和呈现负磁导率时的频段范围。现有的超材料中，用来实现负磁导率的人造微结构通常为开ロ谐振环，但是满足负磁导率时的频率一般都在几个GHz的范围。在ー些特殊的应用场合例如核磁共振仪中，要减少对人体的损害则电磁场频率应尽可能地低(例如15. 3MHz)，现有的超材料不能满足要求。另外，在高频范围中，要实现负折射必须要磁导率和介电常数同时为负。而在低频磁场中，只要磁导率和介电常数其中ー个值为负，即可实现负折射，从而实现完美透镜的效果。具有负折射也是超材料应用到核磁共振仪上必须满足的条件之一。因此，现有的超材料很难满足低频负折射的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在干，针对现有技术的上述现有超材料的负磁导率只出现在较高频段内的缺陷，提供一种低频负磁导率超材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造ー种低频负磁导率超材料，包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，其特征在于，所述人造微结构包括在所述基板正面上的多个第一人造微结构以及在所述基板背面上的多个第二人造微结构，且所述第二人造微结构小于所述第一人造微结构，所述第一人造微结构为开ロ谐振环或者开ロ谐振环的衍生结构。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述第一人造微结构在所述基板上阵列排布，且阵列排布的行间距和列间距小于将要响应的电磁波波长的五分之一。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述第一人造微结构的行间距和列间距等于将要响应的电磁波波长的十分之一。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述第二人造微结构为矩形阵列排布，且第二人造微结构阵列的行间距和列间距分别小于所述第一人造微结构阵列的行间距和列间距的五分之一。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述第二人造微结构阵列的行间距和列间距分别小于所述第一人造微结构阵列的行间距和列间距的十分之一。 在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述开ロ谐振环的衍生结构包括共中心而依次嵌套的至少两个开ロ谐振环。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述开ロ谐振环的衍生结构为双开ロ环，包括具有两个开ロ从而分成两段的开ロ谐振环和两端分别连接所述两段的中点的中间连线。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述开ロ谐振环的衍生结构包括大小不同的两个双开ロ环，且所述两个双开ロ环的中间连线相互垂直平分。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述开ロ谐振环的衍生结构为开ロ谐振 环的走线上蛇形弯折而形成的结构。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述第二人造微结构为十字形结构的衍生结构。在本专利技术所述的低频负磁导率超材料中，所述第二人造微结构为走线上螺旋绕行而构成的结构。实施本专利技术的低频负磁导率超材料，具有以下有益效果采用本专利技术的低频负磁导率超材料，利用第一人造微结构的开ロ谐振环及其衍生结构实现负磁导率特性，尤其是实现U=-I ;同时在基板背面附着远小于第一人造微结构的第二人造微结构，使得超材料的介电常数増大，而谐振频率则随着介电常数的増大而减小，从而使谐振频率左移，最终实现负磁导率的频段出现在较低的频率范围例如小于15 16MHz。本专利技术实现了低频磁场的负磁导率，即可达到负折射率的效果，因此利用其负折射的特点可以将其应用在核磁共振中。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进ー步说明，附图中图I是本专利技术优选实施例的低频负磁导率超材料的正面示意图；图2是图I所示低频负磁导率超材料的基板单元的正面示意图；图3是图I所不低频负磁导率超材料的背面不意图；图4是图3所不低频负磁导率超材料的基板单兀的背面不意图；图5至图14为第一人造微结构的几种可能的结构示意图；图15至图18为第二人造微结构的几种可能的结构示意图。具体实施例方式本专利技术涉及一种低频负磁导率超材料，用来实现在较低频段达到负磁导率的特性，从而应用在需要在低频电磁波环境中介质具有负磁导率的场合。如图I、图3所示，本专利技术的低频负磁导率超材料，至少包括ー个材料片层1，每个材料片层I包括非金属材料制成的基板2和附着在基板2表面上的多个人造微结构，人造微结构是由导电材料的丝线组成的具有一定几何图形的平面结构。基板2的非金属材料通常为陶瓷、FR-4材料、聚四氟こ烯、环氧树脂、SiO2等，人造微结构的导电材料可以为铜、银等金属，也可以选用其他能够导电的材料如IT0(铟锡氧化物)、石墨、碳纳米管等。本专利技术的创新之处在于，在基板2的正面和背面均设置有人造微结构，定义位于基板2正面的人造微结构为第一人造微结构3，位于基板2背面的为第二人造微结构4，第一、第二人造微结构分别在基板正面、背面上周期性排布。当基板2为如图I所示的平板吋，常见的周期性排布为矩形阵列排布，即以基板正面或背面上一 X方向为行、以垂直于X方向的y方向为列地排列，且各行间距、各列间距分另IJ相等，甚至行间距等于列间距均可。优选行间距、列间距不大于所要响应的入射电磁波的波长的五分之一，也即例如工作环境是波长为、的电磁波，需要超材料对此频率的电磁波呈现负磁导率，则设计第一人造微结构3时将上述行间距、列间距选择不大于\ /5，优选为入/10或者小于入/10。显然，为了使第一人造微结构3不互相交叠，每个第一人造微结构3的长度和宽度也不大于上述行间距和列间距。周期性排布还可以是其他具有循环规律的排布方式，例如基板为圆环形时，第一、第二人造微结构分别沿着圆环形基板的外圆柱面、内圆柱面等间距地绕一周。·当材料片层I有多个时，按照一定的规律将它们封装起来，例如当基板2为平板状时，各材料片层I沿垂直于基板2表面的z方向依次排列，片层之间相互平行设置，优选地平行且间距相等；当基板2为上述圆环形，则可以将多个材料片层I共圆心轴地安装固定。如图I所示，第一人造微结构3矩形阵列排布，且行间距和列间距均为低频电磁波波长、的1/10，因此可以将基板2虚拟地划分为同样阵列排布的多个基板単元20，基板单元20的长度等于上述行间距、宽度等于列间距、厚度等于基板2的厚度。每个基板単元20的表面上正好对应有ー个第一人造微结构3，如图2所示。第一人造微结构3的存在，是为了使超材料整体体现出负磁导率的特性，因此优选第一人造微结构3为对磁场相应的结构，常见的为开ロ谐振环或者开ロ谐振环的衍生结构。开ロ谐振环(split ring resonator, SRR)在左手材料的研究中比较常见,是由单根金属线两端靠近而不接触以形成开ロ的环状结构，主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低频负磁导率超材料，包括非金属材料制成的基板和附着在所述基板表面上的多个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构，其特征在于，所述人造微结构包括在所述基板正面上的多个第一人造微结构以及在所述基板背面上的多个第二人造微结构，且所述第二人造微结构小于所述第一人造微结构，所述第一人造微结构为开口谐振环或者开口谐振环的衍生结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，栾琳，寇超锋，郭洁，许毓钦，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：