專利名稱：超材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁通信領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種超材料。
背景技術(shù)：
超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其通過周期性排列的人工微結(jié)構(gòu)來(lái)改變空間中各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，而讓整個(gè)超材料在一定頻率范圍內(nèi)具有普通材料所不具備的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。目前，超材料一般由多個(gè)疊加在一起的超材料片層構(gòu)成，每一超材料片層包括由金屬線構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹娜斯の⒔Y(jié)構(gòu)和用于附著人工微結(jié)構(gòu)的基材，人工微結(jié)構(gòu) 陣列排布在基材上，而基材對(duì)人工微結(jié)構(gòu)起支撐作用，其可為任何與人工微結(jié)構(gòu)不同的材料，從而讓整個(gè)超材料產(chǎn)生一個(gè)等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，這兩個(gè)參數(shù)分別表征超材料的電場(chǎng)響應(yīng)和磁場(chǎng)響應(yīng)。而超材料的電磁響應(yīng)是由人工微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈蛶缀纬叽缢鶝Q定的。通常人工微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸為產(chǎn)生電磁響應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)的十分之一左右，否則，超材料中呈陣列排布的人工微結(jié)構(gòu)不能被視為連續(xù)。隨著科技日新月異的發(fā)展，人們根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境對(duì)材料提出了不同的電磁響應(yīng)需求。我們知道，材料的電場(chǎng)響應(yīng)與其介電常數(shù)有關(guān)。而由上可知，由于人工微結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性，從而可以調(diào)制超材料的介電常數(shù)，以滿足不同的電磁響應(yīng)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種可以調(diào)制介電常數(shù)的超材料。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種超材料，包括至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)，所述人工微結(jié)構(gòu)包括不平行亦不共線而其延長(zhǎng)線相接的第一金屬線和第二金屬線以及兩端分別與所述第一金屬線和第二金屬線相接且不與任一金屬線共線的第三金屬線，且所述第三金屬線不同時(shí)垂直于所述第一金屬線和第二金屬線。優(yōu)選地，所述第一金屬線和第二金屬線的延長(zhǎng)線相接形成的角為e i，所述第一金屬線與所述第二金屬線相接形成的角為Q2，所述第二金屬線與所述第三金屬線相接形成的角為e 3，所述第一金屬線和第二金屬線及其延長(zhǎng)線與所述第三金屬線共同形成一三角
03為所述三角形的內(nèi)角，0 1+ 0 2+ 0 3 = 180°，其中 o< 0:490°，o< 02=0 3 < 180。。優(yōu)選地，所述第三金屬線垂直于所述第一金屬線和第二金屬線的延長(zhǎng)線所成角G1的角平分線。優(yōu)選地，92 = 90。。優(yōu)選地，93 = 90。。優(yōu)選地，所述基材由聚四氟乙烯制成。優(yōu)選地，所述基材由陶瓷材料制成。
優(yōu)選地，所述金屬線是銅線。優(yōu)選地，所述金屬線是銀線。優(yōu)選地，所述人工微結(jié)構(gòu)呈平面拓?fù)湫螤?。本發(fā)明的超材料具有以下有益效果通過調(diào)節(jié)所述三條金屬線的相互位置關(guān)系，從而改變所述人工微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤睿屗龀牧暇哂胁煌慕殡姵?shù)，以滿足不同的電磁響應(yīng)需求。


下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施例的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的人工微結(jié)構(gòu)的平面放大圖；圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施例的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的第三實(shí)施例的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4中的人工微結(jié)構(gòu)的平面放大圖；圖6是本發(fā)明的第四實(shí)施例的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6中的人工微結(jié)構(gòu)的平面放大圖；圖8是本發(fā)明的第五實(shí)施例的超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8中的人工微結(jié)構(gòu)的平面放大圖。圖中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱為10、20超材料、12超材料片層、14、24基材、16、26、30、32、34人工微結(jié)構(gòu)、18超材料
單兀、162第一金屬線、164第二金屬線、166、326、346第三金屬線
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種超材料，通過改變?nèi)斯の⒔Y(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顏?lái)調(diào)制超材料的介電常數(shù)，以滿足實(shí)際應(yīng)用環(huán)境對(duì)電磁響應(yīng)的需求。如圖I所示，所述超材料10包括多個(gè)沿垂直于片層表面的方向疊加而成的超材料片層12，每個(gè)超材料片層12包括基材14和附著在基材14上的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)16。所述基材14可由聚四氟乙烯等高分子聚合物或陶瓷材料制成。所述人工微結(jié)構(gòu)16通常為金屬線(如銅線或者銀線)構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹钠矫婊蛄Ⅲw結(jié)構(gòu)，其中，金屬線的截面可以為圓柱狀、扁平狀，也可以為其他形狀。所述人工微結(jié)構(gòu)16通過一定的加工工藝附著在所述基材14上，例如蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、離子刻等。一般，將每個(gè)人工微結(jié)構(gòu)16及其所附著的基材14部分人為定義為一個(gè)超材料單元18，且每個(gè)超材料單元18的尺寸介于入射電磁波波長(zhǎng)的五分之一到十分之一之間。這樣，整個(gè)超材料便可以看作是由多個(gè)超材料單元18陣列排布而成。實(shí)施例一如圖2所示，為本發(fā)明的第一實(shí)施例的人工微結(jié)構(gòu)16，是由扁平狀的金屬線構(gòu)成的平面拓?fù)湫螤?。所述人工微結(jié)構(gòu)16包括不平行亦不共線而其延長(zhǎng)線相接的第一金屬線162和第二金屬線164以及兩端分別與所述第一金屬線162和第二金屬線164相接且不與任一金屬線162、164共線的第三金屬線166。
所述第一金屬線162和所述第二金屬線164的延長(zhǎng)線相接所成的角為0 :，所述第一金屬線162與所述第三金屬線166相接形成所成角為0 2，所述第二金屬線164與所述第三金屬線166相接所成的角為0 3，所述第一金屬線162和第二金屬線164及其延長(zhǎng)線與所述第三金屬線166共同形成一三角形，0” 02和03為所述三角形的內(nèi)角，故0” 02和03應(yīng)滿足如下關(guān)系式0 ^ 0 2+ 0 3 = 180°，其中 0< 0:(90°，0< 9 2 = 9 3 < 180°。這些超材料片層12可通過在每?jī)蓪又g填充可連接二者的粘合劑例如制造所述基材14的液態(tài)原料而粘合在一起，從而形成所述超材料10。實(shí)施例二如圖3所示，為本發(fā)明的第二實(shí)施例的超材料。該實(shí)施例的超材料20與第一實(shí)施例相比，所述人工微結(jié)構(gòu)26以一種不規(guī)則的方式排布于所述基材24上。事實(shí)上，我們可以根據(jù)實(shí)際的需要，以任意一種方式將所述人工微結(jié)構(gòu)26排布于所述基材24上。 實(shí)施例三如圖4和圖5所示，為本發(fā)明的第三實(shí)施例的超材料及對(duì)應(yīng)的人工微結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的人工微結(jié)構(gòu)30與第一實(shí)施例相比，0 I變小了。在其他的實(shí)施例中，9工也可以相對(duì)第一實(shí)施例變大。實(shí)施例四如圖6和圖7所示，為本發(fā)明的第四實(shí)施例的超材料及對(duì)應(yīng)的人工微結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的人工微結(jié)構(gòu)32與第一實(shí)施例相比，所述第三金屬線326相對(duì)第一實(shí)施例中的第三金屬線166沿0 i的角平分線向右平移了一定距離。實(shí)施例五如圖8和圖9所示，為本發(fā)明的第五實(shí)施例的超材料及對(duì)應(yīng)的人工微結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例的人工微結(jié)構(gòu)34與第一實(shí)施例相比，所述第三金屬線346相對(duì)第一實(shí)施例中的第三金屬線166沿0 i的角平分線向左平移了一定距離。由上可知，本發(fā)明既可以通過調(diào)節(jié)02及03的大小來(lái)改變所述第一金屬線162、第二金屬線164及第三金屬線166的相互位置關(guān)系，也可以讓所述第三金屬線166沿0 !的角平分線平移，得以改變所述人工微結(jié)構(gòu)16的拓?fù)湫螤睿⒆屗鋈斯の⒔Y(jié)構(gòu)16以某種方式排布于所述基材14上，從而使所述超材料10具有不同的介電常數(shù)，以便滿足不同的電磁響應(yīng)需求。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實(shí)施方式
和/或?qū)嵤├?，不?yīng)當(dāng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，而這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。比如，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，讓所述第三金屬線166垂直于所述第一金屬線162或所述第二金屬線164，也即0 2或0 3 = 90° ,所述第三金屬線166還可沿所述第一金屬線162或所述第二金屬線164平移，得以改變所述人工微結(jié)構(gòu)16的拓?fù)湫螤?，從而使所述超材?0具有不同的介電常數(shù)。另外，所述金屬線162、164、166也可以是非等寬線或者為彎曲線。而且可以讓第一、第三至第五實(shí)施例中的任兩個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的人工微結(jié)構(gòu)以某種方式排布于同一基材上。
權(quán)利要求
1.一種超材料，包括至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述人工微結(jié)構(gòu)包括不平行亦不共線而其延長(zhǎng)線相接的第一金屬線和第二金屬線以及兩端分別與所述第一金屬線和第二金屬線相接且不與任一金屬線共線的第三金屬線，且所述第三金屬線不同時(shí)垂直于所述第一金屬線和第二金屬線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述第一金屬線和第二金屬線的延長(zhǎng)線相接所成的角為Q1，所述第一金屬線與所述第二金屬線相接所成的角為02，所述第二金屬線與所述第三金屬線相接所成的角為e 3，所述第一金屬線和第二金屬線及其延長(zhǎng)線與所述第三金屬線共同形成一三角形，0:、02和03為所述三角形的內(nèi)角，0 1+ 0 2+ 0 3 =180。，其中 0< 0:4 90°，0< 9 2 = 9 3 < 180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料，其特征在于，所述第三金屬線垂直于所述第一金屬線和第二金屬線的延長(zhǎng)線所成角0 !的角平分線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，02 = 90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，03 = 90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述基材由聚四氟乙烯制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述基材由陶瓷材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述金屬線是銅線。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述金屬線是銀線。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料，其特征在于，所述人工微結(jié)構(gòu)呈平面拓?fù)湫螤睢?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種超材料，其包括至少一個(gè)超材料片層，每個(gè)超材料片層包括基材和附著在所述基材上的多個(gè)人工微結(jié)構(gòu)，所述人工微結(jié)構(gòu)包括不平行亦不共線而其延長(zhǎng)線相接的第一金屬線和第二金屬線以及兩端分別與所述第一金屬線和第二金屬線相接且不與任一金屬線共線的第三金屬線，且所述第三金屬線不同時(shí)垂直于所述第一金屬線和第二金屬線。通過調(diào)節(jié)所述三條金屬線的相互位置關(guān)系，得以改變所述人工微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤?，讓所述超材料具有不同的介電常?shù)，以滿足不同的電磁響應(yīng)需求。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102810753SQ20111017952
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 寇超鋒, 葉金財(cái) 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司