本發(fā)明屬于材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

電磁波及聲波超材料是一種人造功能材料，通過(guò)對(duì)其微結(jié)構(gòu)(而不是材料組分)進(jìn)行設(shè)計(jì)，超材料可以表現(xiàn)出自然界傳統(tǒng)材料所無(wú)法具有的物理性質(zhì)，如負(fù)介電常數(shù)(負(fù)模量)、負(fù)磁導(dǎo)率(負(fù)密度)以及負(fù)折射率等。用超材料包覆一個(gè)物體可以實(shí)現(xiàn)該物體的電磁波或聲波透明，此時(shí)物體對(duì)于電磁波或聲波是“不可見(jiàn)的”。因此電磁波和聲波透明現(xiàn)象在低可測(cè)技術(shù)、抗干擾技術(shù)和電磁(聲波)兼容技術(shù)以及光學(xué)(聲波)中的隱形技術(shù)等方面有著重要的應(yīng)用前景。

就目前對(duì)超透射材料的研究而言，對(duì)a金屬附著在b材料表面的微結(jié)構(gòu)周期陣列結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的超強(qiáng)透射效應(yīng)的物理機(jī)制還沒(méi)有系統(tǒng)的研究和解釋，試圖從實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出其中規(guī)律，從而得知某系列的微結(jié)構(gòu)對(duì)特定波段的電磁波有較好的透射性能。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：

現(xiàn)有技術(shù)中，透射電磁波超材料制備成本高，透射率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟：

構(gòu)建超透射電磁波超材料模型；利用仿真軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)影響電磁波透射率的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得出優(yōu)化的數(shù)據(jù)；

利用仿真的結(jié)果，繪出相應(yīng)的3d模型骨架，通過(guò)3d打印機(jī)，基于光敏樹(shù)脂材料，打印出超材料骨架；

在3d打印的超材料骨架表面采用電鑄鍍銅法鍍一層銅，鍍銅之前，對(duì)超材料骨架進(jìn)行表面處理。

進(jìn)一步，構(gòu)建超透射電磁波超材料模型中：

使1～17ghz電磁波入射至構(gòu)建的模型上，計(jì)算出電磁波在超材料中穿過(guò)時(shí)的透射率，結(jié)果表明在11.5ghz時(shí)電磁波的透射率能達(dá)到100％。

進(jìn)一步，在制得實(shí)物表面鍍一層厚度0.1mm的銅。

進(jìn)一步，所述超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)模型的單元為立方體六面都貫穿有孔的骨架結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明另一目的在于提供一種利用上述基于3d打印的超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)制備方法制備的隱形材料結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明在構(gòu)建超透射電磁波超材料模型中，在1～17ghz波段，利用電磁波和物體相互作用，在物體表面產(chǎn)生諧振，使入射到物體上的電磁波反射和吸收減少，從而在諧振處產(chǎn)生電場(chǎng)增強(qiáng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：本發(fā)明提供的材料是一種對(duì)特定波段的電磁波具有較好透射率的材料，可以讓材料起到一定作用又不會(huì)阻擋電磁波的傳播，讓電磁波能夠完全透過(guò)一種超材料結(jié)構(gòu)，使得電磁波幾乎沒(méi)有損失，是非常有意義的。而在特定的某個(gè)頻率對(duì)該頻率的電磁波具有較好的透射效果，可以用作隱形材料,通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，可以在其他頻段實(shí)現(xiàn)超透射現(xiàn)象；

本發(fā)明制備簡(jiǎn)單，材料比較常見(jiàn)。本發(fā)明的材料結(jié)構(gòu)的單元為立方體六面都貫穿有孔的結(jié)構(gòu)，該有孔材料對(duì)通過(guò)的電磁波產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁諧振，這時(shí)電磁波可以完全透過(guò)該材料。

本發(fā)明預(yù)計(jì)用銅做模型，但是其加工難度較大，成本很高。通過(guò)采用樹(shù)脂材料做材料骨架，再在樹(shù)脂骨架上面鍍一層銅，節(jié)約了材料的制備成本。

通過(guò)仿真結(jié)果，改善結(jié)構(gòu)參數(shù)，使電磁波的透射率從70％左右，增加到了接近于100％的透射率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于3d打印的超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)制備方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的25×25的單層陣列模型圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的6×6的單層陣列模型俯視圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的25×25的單層陣列模型側(cè)視圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超材料(metamaterial)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)或復(fù)合材料。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超材料在1～17ghz波段，利用電磁波和物體相互作用，在物體表面產(chǎn)生諧振，使入射到物體上的電磁波反射和吸收減少，從而在諧振處產(chǎn)生電場(chǎng)增強(qiáng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超透射電磁波超材料骨架，由低聚物、光引發(fā)劑、稀釋劑組成的光敏樹(shù)脂構(gòu)成。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超透射電磁波超材料骨架所用材料，在200納米～420納米波長(zhǎng)的紫外光照射下立刻引起聚合反應(yīng)，完成固化，即光敏樹(shù)脂材料。

所述超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)的單元為立方體六面都貫穿有孔的骨架結(jié)構(gòu)。

所述超透射電磁波超材料在1～17ghz波段，利用電磁波和物體相互作用，在物體表面產(chǎn)生諧振，使入射到物體上的電磁波反射和吸收減少，從而在諧振處產(chǎn)生電場(chǎng)增強(qiáng)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)制備方法，具體包括：

s101：利用仿真軟件仿真，對(duì)影響電磁波透射率的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得出優(yōu)化的數(shù)據(jù)。模擬的內(nèi)容：建立超材料結(jié)構(gòu)模型，使1～17ghz電磁波入射至構(gòu)建的模型上，計(jì)算出電磁波在超材料中穿過(guò)時(shí)的透射率，在11.5ghz時(shí)透射率能達(dá)到100％。

s102：通過(guò)仿真優(yōu)化后的結(jié)果，利用繪圖軟件畫出相應(yīng)的3d模型，通過(guò)3d打印機(jī)，基于光敏樹(shù)脂材料，打印出超材料骨架。

s103：在3d打印的骨架表面鍍一層厚度約0.1mm的銅，為確保鍍銅均勻，采用電鑄鍍銅法，結(jié)合材料本身的形狀特性，鍍銅之前對(duì)3d打印的骨架進(jìn)行表面處理，使材料表面足夠光滑，減少實(shí)驗(yàn)誤差。

該電磁波超透射材料的結(jié)構(gòu)由六面都具有貫穿孔的立方體單元骨架構(gòu)成，電磁波在該材料中傳輸時(shí)，特定波段的電磁波在該材料上形成電磁諧振，產(chǎn)生透射增強(qiáng)，這時(shí)電磁波可以完全透過(guò)該材料。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

在模型的制備過(guò)程中，本發(fā)明所述鍍銅能在光敏樹(shù)脂表面有效附著，而且模型容易通過(guò)3d打印得到，具體結(jié)構(gòu)為：上下左右都有10mm寬的貫穿孔，骨架厚度為2.5mm，高度為15mm，周期陣列為25×25的一層模型。

如圖2所示，本發(fā)明中的圖形為25×25的單層陣列模型，行列都為25個(gè)單元格；

為了方便了解具體圖形，圖3為6×6的單層陣列模型，即行列都為6個(gè)單元格。

如圖4所示，每個(gè)單元格尺寸相同，骨架寬度都為2.5(mm)。

如圖5所示，模型在11.5ghz左右達(dá)到最大透射率，接近于1，通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)，在其樹(shù)脂材料表面鍍上金，銀等，雖然效果相近，但是由于金，銀材質(zhì)比較昂貴，故用銅做表面涂層。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于3D打印的超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)制備方法，超透射電磁波超材料結(jié)構(gòu)的單元為立方體六面都貫穿有孔的骨架結(jié)構(gòu)；制備方法包括：構(gòu)建超透射電磁波超材料模型；利用仿真軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)影響電磁波透射率的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得出優(yōu)化的數(shù)據(jù)；利用仿真的結(jié)果，繪出相應(yīng)的3D模型，采用3D打印機(jī)，結(jié)合基于光敏樹(shù)脂材料，打印出超材料骨架；在超材料骨架表面采用電鑄鍍銅法鍍一層銅。本發(fā)明使特定頻率的電磁波在穿過(guò)超材料的傳播過(guò)程中幾乎沒(méi)有損失，具有較好的透射效果，可以用作隱形材料。

技術(shù)研發(fā)人員：汪勝祥;秦正鵬;魏國(guó)超;覃璐曼;鄭亞偉;陳曦冉;陳尚
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢紡織大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.21
技術(shù)公布日：2017.10.24