三維結(jié)構(gòu)超材料

《三維結(jié)構(gòu)超材料》涉及一種超材料，尤其涉及一種三維結(jié)構(gòu)超材料 。

截至2012年11月，超材料是近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的對(duì)電磁波起調(diào)制作用的一種新型人工材料，基本原理是人為設(shè)計(jì)材料的微結(jié)構(gòu)（或稱人造“原子”），讓這樣的微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性，從而由海量數(shù)目的微結(jié)構(gòu)組成的材料宏觀上可具有人們所需要的電磁功能。與傳統(tǒng)材料技術(shù)根據(jù)自然界中已有材料的天然性質(zhì)來(lái)開發(fā)電磁利用途徑的傳統(tǒng)材料技術(shù)不同，超材料技術(shù)是根據(jù)需要來(lái)人為設(shè)計(jì)材料的性質(zhì)并制造材料。超材料一般是由一定數(shù)量的人造微結(jié)構(gòu)附在具有一定力學(xué)、電磁學(xué)的基板上，這些具有特定圖案和材質(zhì)的微結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)其身的特定頻段的電磁波產(chǎn)生調(diào)制作用。

2012年的超材料，例如公開號(hào)為“US7570432B1”的美國(guó)專利“METAMATERIALGRADIENTINDEXLENS”，又如公開號(hào)為“US2010/0225562A1”的美國(guó)專利“BROADBANDMETAMATERIALAPPARTUS，METHODS，SYSTEMS，ANDCOMPUTERREADABLEMEDIA”，其都是通過(guò)將微結(jié)構(gòu)附著于平板的基材上形成。平板狀的超材料雖然帶來(lái)了體積小、厚度薄的優(yōu)點(diǎn)，但是又限制了超材料的應(yīng)用范圍。

當(dāng)超材料需制成曲面時(shí)，曲面的微結(jié)構(gòu)加工工藝難度較大且精確度不高，例如2012年的申請(qǐng)?zhí)枮椤癊P0575848A2”的歐洲專利，其公開了一種在三維曲面加工金屬微結(jié)構(gòu)的方法，具體實(shí)現(xiàn)方式為：采用激光探頭曝光成像的方式一個(gè)一個(gè)地逐一蝕刻出微結(jié)構(gòu)。此種方式加工成本和工藝精度控制成本均較高 。

圖1為《三維結(jié)構(gòu)超材料》三維結(jié)構(gòu)超材料一較佳實(shí)施方式中的部分剖視示意圖；

圖2為一較佳實(shí)施方式中三維結(jié)構(gòu)超材料的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中的三維結(jié)構(gòu)超材料依照高斯曲率展開后的平面示意圖；

圖4為電磁波入射至三維結(jié)構(gòu)超材料表面某點(diǎn)P的入射角度示意圖；

圖5為三維結(jié)構(gòu)超材料表面按照入射角度范圍劃分為多個(gè)電磁區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為十字雪花型人造微結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為人造微結(jié)構(gòu)另一幾何圖形示意圖；

圖8為某一柔性子基板上部分區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)排布示意圖；

圖9為《三維結(jié)構(gòu)超材料》三維結(jié)構(gòu)超材料另一較佳實(shí)施方式中的部分剖視示意圖 。

2020年7月14日，《三維結(jié)構(gòu)超材料》獲得第二十一屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng) 。2100433B

請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為《三維結(jié)構(gòu)超材料》三維結(jié)構(gòu)超材料一較佳實(shí)施方式中的部分剖視示意圖。圖1中，三維結(jié)構(gòu)超材料包括多層成型基材10，緊貼于成型基材10表面的柔性功能層20，所述柔性功能層包括由至少一個(gè)柔性子基板210構(gòu)成的柔性基板21以及設(shè)置于每個(gè)柔性子基板210上的多個(gè)能響應(yīng)電磁波的人造微結(jié)構(gòu)22；所述三維結(jié)構(gòu)超材料具有電磁波調(diào)制功能。

在《三維結(jié)構(gòu)超材料》一實(shí)施例中，三維結(jié)構(gòu)超材料可以包括至少兩層柔性功能層和至少兩層成型基材。一優(yōu)選實(shí)施例中，圖1中包括了三層成型基材10以及二層柔性功能層20，多層成型基材10使得三維結(jié)構(gòu)超材料的機(jī)械性能更強(qiáng)，另外多層柔性功能層20使得相鄰的柔性功能層20之間形成電磁耦合，通過(guò)優(yōu)化相鄰柔性功能層20之間的距離可以優(yōu)化整個(gè)三維結(jié)構(gòu)超材料對(duì)電磁波的響應(yīng)。相鄰柔性功能層20之間的距離即為成型基材10的厚度，因此可根據(jù)需要調(diào)整每一成型基材10的厚度，即成型基材10厚度可相同也可不同。

如圖1所示，當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料包括多個(gè)柔性功能層20時(shí)，柔性功能層20與成型基材10間隔設(shè)置。在《三維結(jié)構(gòu)超材料》另一實(shí)施例中，如圖9所示，當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料二層成型基材10之間包括多層柔性功能層20時(shí)，每一柔性功能層20緊貼設(shè)置，而緊貼的柔性功能層再設(shè)置于成型基材10的表面。

三維結(jié)構(gòu)超材料可通過(guò)如下方式制備：制備未固化的成型基材10，將柔性基板貼附于未固化的成型基材10上，而后一體固化成型。成型基材10的材料可為多層纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。未固化的成型基材10可為在模具上層鋪的多層石英纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸布，也可通過(guò)在模具上鋪覆碳纖維布而后在碳纖維布上均勻涂覆聚酯樹脂并重復(fù)上述過(guò)程形成。

上述增強(qiáng)纖維并不限于已列舉的石英纖維和碳纖維，還可為玻璃纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、聚酯纖維等；上述樹脂不限于已列舉的環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂，還可為其他熱固性樹脂或熱塑性樹脂，例如可為氰酸酯類樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂以及它們的改性樹脂或混合體系，還可為聚酰亞胺、聚醚醚銅、聚醚醚亞胺、聚苯硫醚或聚酯等；上述陶瓷包括氧化鋁、氧化硅、氧化鋇、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、氧化鍶、氧化鈦等成分及其混合物。

柔性基板可為熱塑性材料或加入柔性纖維的熱塑性復(fù)合材料，優(yōu)選地，柔性基板的材料可為聚酰亞胺、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚芳酯、PET（Polyethyl enetereph thalate）膜、PE（Poly ethylene）膜或PVC（poly vinyl chloride）膜等。柔性纖維可為聚酯纖維、聚乙烯纖維等。

優(yōu)選地，所述柔性功能層20的柔性基板21上設(shè)置用于增強(qiáng)柔性基板與相鄰成型基材10層間結(jié)合力的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可為鉤狀結(jié)構(gòu)或扣狀結(jié)構(gòu)等，其中優(yōu)選為開設(shè)于柔性基板21上的一個(gè)或多個(gè)的槽或孔。在柔性基材21上開設(shè)槽或孔后，在制備三維結(jié)構(gòu)超材料時(shí)，相鄰的成型基材10的部分原料填充于槽或孔中，成型基材10固化時(shí)，槽或孔之間的原料也固化使得相鄰成型基材10緊密連接。此種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且無(wú)需額外設(shè)置其他結(jié)構(gòu)和工序，在成型基材10成型時(shí)即可同時(shí)形成該增大層間結(jié)合力的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料表面較復(fù)雜時(shí)，若僅采用一個(gè)柔性子基板210并將其貼附于成型基材10上時(shí)，該柔性基板210在部分區(qū)域會(huì)形成皺褶，該皺褶既會(huì)使得柔性子基板210貼合不夠緊密同時(shí)還會(huì)影響設(shè)置在柔性子基板210上的人造微結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的響應(yīng)。

圖2示出了一較佳實(shí)施方式中三維結(jié)構(gòu)超材料的立體結(jié)構(gòu)示意圖。該三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的高斯曲率相差較大，不能展開為一個(gè)平面，即當(dāng)制備三維結(jié)構(gòu)超材料時(shí)，若僅采用一個(gè)柔性子基板則會(huì)出現(xiàn)上述的皺褶現(xiàn)象。

為解決上述問(wèn)題，該實(shí)施例在設(shè)計(jì)時(shí)將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分為多個(gè)幾何區(qū)域，每一幾何區(qū)域可展開為一個(gè)平面，每一平面可對(duì)應(yīng)一個(gè)柔性子基板210。在制備時(shí)，將每一平面對(duì)應(yīng)的柔性子基板210相應(yīng)地貼附于成型基材表面區(qū)域。三維結(jié)構(gòu)超材料固化成型時(shí)，每一柔性子基板210既能緊密貼附于成型基材表面又不會(huì)產(chǎn)生皺褶，同時(shí)所有的柔性子基板210構(gòu)成的柔性基板的電磁響應(yīng)能滿足需求。在一實(shí)施例中，三維結(jié)構(gòu)超材料表面由至少兩個(gè)可展開為平面的幾何區(qū)域組成。

該實(shí)施例中采用如下方式將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分為多個(gè)幾何區(qū)域：分析三維結(jié)構(gòu)超材料表面的高斯曲率分布，將相近高斯曲率分布的部分劃分為一個(gè)幾何區(qū)域。幾何區(qū)域劃分越多，對(duì)應(yīng)幾何區(qū)域的每一柔性子基板210在貼附于成型基材表面時(shí)產(chǎn)生皺褶的概率越小、工藝精度越高，但是工藝成形難度越大。為平衡二者的關(guān)系，一般根據(jù)高斯曲率將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分為5-15個(gè)幾何區(qū)域。根據(jù)三維結(jié)構(gòu)超材料整體最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值，在劃分幾何區(qū)域時(shí)，每一幾何區(qū)域內(nèi)的最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值一般小于100，也可為小于80，小于50或小于30等。優(yōu)選地，每一幾何區(qū)域內(nèi)的最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于20。更優(yōu)選地，每一幾何區(qū)域內(nèi)的最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于10。

請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2、圖3，圖2中示出了依據(jù)高斯曲率劃分為多個(gè)幾何區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)超材料。圖2中，三維結(jié)構(gòu)超材料依據(jù)高斯曲率劃分為5個(gè)幾何區(qū)域J1-J5。圖3為圖2中多個(gè)幾何區(qū)域展開后形成的平面示意圖。圖3中，對(duì)應(yīng)圖2劃分的5個(gè)幾何區(qū)域相應(yīng)地展開有5個(gè)平面P1-P5，優(yōu)選地，在圖3中，為使得制作更為方便，將長(zhǎng)度較長(zhǎng)的幾何區(qū)域切開成多個(gè)子平面。

依據(jù)展開后的平面制備柔性子基板，并在柔性子基板上排布人造微結(jié)構(gòu)，而后將排布了人造微結(jié)構(gòu)的多個(gè)柔性子基板按照上述劃分的幾何區(qū)域?qū)?yīng)貼附于成型基材對(duì)應(yīng)表面形成三維結(jié)構(gòu)超材料。在該實(shí)施例中，人造微結(jié)構(gòu)是在柔性子基板上形成，因此可采用2012年的平板超材料制備方法而無(wú)需采用三維蝕刻、雕刻等方法從而節(jié)省成本，同時(shí)該實(shí)施例采用區(qū)域劃分的方式保證多個(gè)柔性子基板相互拼接構(gòu)成柔性基板時(shí)，多個(gè)柔性子基板不會(huì)發(fā)生皺褶也即人造微結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生扭曲從而保證了三維結(jié)構(gòu)超材料的工藝精度。

多個(gè)柔性子基板上的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈统叽缈删嗤５怯捎谌S結(jié)構(gòu)超材料的表面不規(guī)則，因此入射到三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的電磁波的參數(shù)值存在差異。入射到三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的電磁波可由不同的電磁參數(shù)表征，選用何種電磁參數(shù)表征電磁波取決于該三維結(jié)構(gòu)超材料的功能，例如若三維結(jié)構(gòu)超材料需實(shí)現(xiàn)對(duì)不同入射角度的電磁波具有相同的電磁響應(yīng)，則入射到三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的電磁波可用入射角度來(lái)表征；又如若三維結(jié)構(gòu)超材料需實(shí)現(xiàn)將電磁波轉(zhuǎn)換為平面波或?qū)㈦姶挪▍R聚、發(fā)散等波束賦形功能，則入射到三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的電磁波可用相位值來(lái)表征；再若三維結(jié)構(gòu)超材料需實(shí)現(xiàn)將電磁波的極化方式轉(zhuǎn)變，則入射到三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的電磁波可用軸比值或電場(chǎng)入射角度來(lái)表征?？梢韵胂蟮?，當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能時(shí)，則可用多個(gè)電磁參數(shù)來(lái)表征入射到三維結(jié)構(gòu)超材料表面的電磁波。

若柔性基板上采用相同的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得該人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)某一電磁參數(shù)不同的參數(shù)值具有預(yù)期的響應(yīng)，則該人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度太大甚至是不可實(shí)現(xiàn)。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，三維結(jié)構(gòu)超材料為達(dá)到某種功能通常需要同時(shí)滿足多種電磁參數(shù)，此時(shí)設(shè)計(jì)一種既能滿足某一電磁參數(shù)不同的參數(shù)值的電磁響應(yīng)又能滿足不同電磁參數(shù)的電磁響應(yīng)的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湎嗤碾y度則更大。

為解決上述問(wèn)題，《三維結(jié)構(gòu)超材料》根據(jù)入射到三維結(jié)構(gòu)超材料不同區(qū)域的電磁波的不同電磁參數(shù)值將三維結(jié)構(gòu)超材料劃分為多個(gè)電磁區(qū)域。每一電磁區(qū)域可對(duì)應(yīng)一個(gè)電磁參數(shù)的一個(gè)參數(shù)值范圍，針對(duì)該參數(shù)值范圍來(lái)設(shè)計(jì)該電磁區(qū)域內(nèi)的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而既能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)又能使得三維結(jié)構(gòu)超材料不同區(qū)域均具有預(yù)設(shè)的電磁響應(yīng)能力。

下面以三維結(jié)構(gòu)超材料需對(duì)不同入射角度的電磁波具有相同的電磁響應(yīng)來(lái)介紹三維結(jié)構(gòu)超材料的電磁區(qū)域設(shè)計(jì)方式。

電磁波入射至三維結(jié)構(gòu)超材料表面某點(diǎn)P的入射角度可由圖4所示的方式定義，即由電磁波波矢K的信息與該點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的切面的法線N計(jì)算出該點(diǎn)P上的電磁波入射角θ。波矢K的信息不局限于某個(gè)特定角度值，其也可為某一角度值范圍。依據(jù)上述方式得出三維結(jié)構(gòu)超材料表面所有點(diǎn)的入射角度值，并依據(jù)不同點(diǎn)的入射角度值將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分為多個(gè)電磁區(qū)域。圖5示出了一具體實(shí)施例中電磁區(qū)域的劃分方式。圖5中，按照入射角度相差11°的劃分方式將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分為八個(gè)電磁區(qū)域Q1-Q8，即電磁區(qū)域Q1對(duì)應(yīng)入射角度為0°-11°的電磁波，電磁區(qū)域Q2對(duì)應(yīng)入射角度為12°-23°的電磁波，電磁區(qū)域Q4對(duì)應(yīng)入射角度為24°-35°的電磁波，依此類推。該實(shí)施例中，各電磁區(qū)域的入射角度最大值與最小值的差值相同以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。但是某些時(shí)候，例如已知某種人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)入射角度為0°-30°的電磁波均具有良好的電磁響應(yīng)，則在劃分電磁區(qū)域時(shí)，可劃分為0°-30°，31°-40°，41°-50°，等等。具體的劃分方式可依據(jù)具體的需求來(lái)進(jìn)行設(shè)置，《三維結(jié)構(gòu)超材料》對(duì)此不做限制。

針對(duì)每一電磁區(qū)域的入射角度范圍信息設(shè)計(jì)每一電磁區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)形狀使得其滿足需求，例如吸收電磁波、透過(guò)電磁波等。由于每一電磁區(qū)域的入射角度范圍跨度較小，因此針對(duì)該電磁區(qū)域設(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單。在一優(yōu)選實(shí)施例中，每一電磁區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，尺寸不同。通過(guò)將相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的人造微結(jié)構(gòu)尺寸漸變的方式使得其能滿足一電磁區(qū)域的電磁響應(yīng)要求，此種設(shè)計(jì)方式能簡(jiǎn)化工藝難度，降低設(shè)計(jì)成本。當(dāng)然可以想象地，也可以使得每一電磁區(qū)域內(nèi)的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和尺寸均不同，只要其滿足該電磁區(qū)域?qū)?yīng)的入射角度范圍所需的電磁響應(yīng)即可。

當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料包含多層柔性功能層時(shí)，電磁區(qū)域就是一個(gè)立體的概念，即圖5所示的每一電磁區(qū)域的邊界是三維結(jié)構(gòu)超材料按照電磁分區(qū)的邊界。在一優(yōu)選實(shí)施例中，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，三維結(jié)構(gòu)超材料內(nèi)部的多層柔性功能層上的電磁分區(qū)的邊界重合。柔性功能層上的某電磁區(qū)域的邊界（即某電磁區(qū)域映射在該柔性功能層上的電磁分區(qū)的邊界）可能位于一柔性子基板中，也可能是橫跨多個(gè)柔性子基板。也就是說(shuō)幾何區(qū)域與電磁區(qū)域是兩種不同的劃分方式，二者沒有必然聯(lián)系。

通常，根據(jù)需要以及設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，每一電磁區(qū)域內(nèi)的至少一層柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钕嗤?，尺寸不同；亦或，每一電磁區(qū)域內(nèi)的柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钕嗤灰嗷?，每一電磁區(qū)域內(nèi)的至少一層柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)與其它柔性功能層的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤畈煌?

人造微結(jié)構(gòu)可為由導(dǎo)電材料構(gòu)成的具有幾何圖案的結(jié)構(gòu)，人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤羁刹捎糜?jì)算機(jī)仿真得到，針對(duì)不同的電磁響應(yīng)需求設(shè)計(jì)不同的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即可。該幾何圖案可為圖6所示的十字雪花型，十字雪花型微結(jié)構(gòu)包括相互垂直平分的第一金屬線P1和第二金屬線P2，所述第一金屬線P1兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第一金屬分支F1，所述第一金屬線P1兩端連接在兩個(gè)第一金屬分支F1的中點(diǎn)上，所述第二金屬線P2兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第二金屬分支F2，所述第二金屬線P2兩端連接在兩個(gè)第二金屬分支F2的中點(diǎn)上，所述第一金屬分支F1與第二金屬分支F2的長(zhǎng)度相等。

該幾何圖案也可為圖7所示幾何圖形，圖7中，該幾何圖案具有相互垂直平分的第一主線Z1及第二主線Z2，第一主線Z1與第二主線Z2形狀尺寸相同，第一主線Z1兩端連接有兩個(gè)相同的第一直角折角線ZJ1，第一主線Z1兩端連接在兩個(gè)第一直角折角線ZJ1的拐角處，第二主線Z2兩端連接有兩個(gè)第二直角折角線ZJ2，第二主線Z2兩端連接在兩個(gè)第二直角折角線ZJ2的拐角處，第一直角折角線ZJ1與第二直角折角線ZJ2形狀尺寸相同，第一直角折角線ZJ1、第二直角折角線ZJ2的兩個(gè)角邊分別平行于水平線，第一主線Z1、第二主線Z2為第一直角折角線ZJ1、第二直角折角線ZJ2的角平分線。該幾何圖案還可為其他形狀，例如開口圓環(huán)形、十字形、工字形、方片形、六邊形、六邊環(huán)形、十字孔形、十字環(huán)形、Y孔形、Y環(huán)形、圓孔形、圓環(huán)形等。

人造微結(jié)構(gòu)材料可為金屬導(dǎo)電材料或非金屬導(dǎo)電材料，其中金屬導(dǎo)電材料可為金、銀、銅、鋁、鋅等或者各種金合金、鋁合金、鋅合金等，非金屬導(dǎo)電材料可為導(dǎo)電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅等。人造微結(jié)構(gòu)可通過(guò)蝕刻、鉆刻或雕刻等方式附著于柔性子基板上。

當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料需要實(shí)現(xiàn)波束賦形功能時(shí)，對(duì)入射至三維結(jié)構(gòu)超材料表面的電磁波則用相位值表征。由于三維結(jié)構(gòu)超材料表面為形狀復(fù)雜的表面，則三維結(jié)構(gòu)超材料表面各處的相位值不全相同，選取合適的相位值范圍將三維結(jié)構(gòu)超材料劃分為多個(gè)電磁區(qū)域。根據(jù)最終波束賦形需要實(shí)現(xiàn)的功能，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、偏折電磁波、球面波轉(zhuǎn)為平面波等計(jì)算出三維結(jié)構(gòu)超材料各處最終需要的相位，在每個(gè)電磁區(qū)域排布人造微結(jié)構(gòu)使得該電磁區(qū)域能滿足對(duì)應(yīng)該電磁區(qū)域的相位差。

當(dāng)三維結(jié)構(gòu)超材料需要實(shí)現(xiàn)極化轉(zhuǎn)化時(shí)，對(duì)入射至三維結(jié)構(gòu)超材料表面的電磁波則用軸比值或電磁波電場(chǎng)入射角度表征。該領(lǐng)域技術(shù)人員可知，電磁波的極化方式即為電磁波電場(chǎng)方向，極化的效果以軸比表示。電磁波電場(chǎng)入射角度的確定方式與圖4中電磁波入射角度的確定方式相似，僅需要將圖4中的波矢K方向變化為電場(chǎng)E方向即可。根據(jù)電磁波電場(chǎng)入射角度信息將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分為多個(gè)電磁區(qū)域。根據(jù)最終極化轉(zhuǎn)化需要實(shí)現(xiàn)的功能，例如轉(zhuǎn)化為垂直極化、轉(zhuǎn)化為水平極化、轉(zhuǎn)化為圓極化等確定出三維結(jié)構(gòu)超材料各處最終需要的電場(chǎng)方向角度，在每個(gè)電磁區(qū)域排布人造微結(jié)構(gòu)使得該電磁區(qū)域能滿足對(duì)應(yīng)電磁區(qū)域的電場(chǎng)方向角度差。

若三維結(jié)構(gòu)超材料需要滿足兩種或兩種以上的電磁參數(shù)，例如既需要三維結(jié)構(gòu)超材料響應(yīng)電磁波角度較大，又需要滿足波束賦性，則可將三維結(jié)構(gòu)超材料表面劃分多個(gè)能滿足上述兩種電磁參數(shù)的電磁區(qū)域。

對(duì)比圖5和圖2可知，針對(duì)相同形狀的三維結(jié)構(gòu)超材料，可具有不同的幾何區(qū)域和電磁區(qū)域，因此每一幾何區(qū)域?qū)?yīng)的柔性子基板上可存在多種不同的人造微結(jié)構(gòu)，例如如圖8所示的某一柔性子基板上部分區(qū)域的人造微結(jié)構(gòu)排布示意圖。當(dāng)然，若某一三維結(jié)構(gòu)超材料的幾何區(qū)域與電磁區(qū)域重合時(shí)，則每一幾何區(qū)域?qū)?yīng)的柔性子基板上的人造微結(jié)構(gòu)可均相同，這樣設(shè)計(jì)和加工的復(fù)雜度就會(huì)降低很多。

對(duì)于某些表面并不復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)超材料，則可以僅采用電磁分區(qū)的方式，將不同的微結(jié)構(gòu)附著于一個(gè)柔性基板上，使得三維結(jié)構(gòu)超材料具有較好的電磁響應(yīng)。

將上述三維結(jié)構(gòu)超材料應(yīng)用于特定領(lǐng)域的產(chǎn)品時(shí)，該三維結(jié)構(gòu)超材料可根據(jù)特定產(chǎn)品的形狀而設(shè)置，使得三維結(jié)構(gòu)超材料成為該產(chǎn)品的配件；同時(shí)該三維結(jié)構(gòu)超材料由于具有成型基材，若選擇能滿足產(chǎn)品應(yīng)用要求的成型基材材料，則三維結(jié)構(gòu)超材料自身可構(gòu)成產(chǎn)品的主要構(gòu)成部分。例如當(dāng)采用三維結(jié)構(gòu)超材料制備天線罩時(shí)，可直接將該三維結(jié)構(gòu)超材料制備成天線罩本體，還可在原有的普通材料制成的天線罩本體表面設(shè)置該三維結(jié)構(gòu)超材料以增強(qiáng)原天線罩本體的電磁性能。

根據(jù)三維結(jié)構(gòu)超材料的不同功能，三維結(jié)構(gòu)超材料還可制成天線、濾波器、極化器等，從而滿足不同的應(yīng)用需求。

上面結(jié)合附圖對(duì)《三維結(jié)構(gòu)超材料》的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是《三維結(jié)構(gòu)超材料》并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在《三維結(jié)構(gòu)超材料》的啟示下，在不脫離《三維結(jié)構(gòu)超材料》宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于《三維結(jié)構(gòu)超材料》的保護(hù)之內(nèi) 。

三維結(jié)構(gòu)超材料專利目的

《三維結(jié)構(gòu)超材料》所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)2012年技術(shù)的上述不足，提出一種加工工藝簡(jiǎn)單、電磁響應(yīng)效果優(yōu)良的三維結(jié)構(gòu)超材料 。

三維結(jié)構(gòu)超材料技術(shù)方案

《三維結(jié)構(gòu)超材料》解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為，提出一種三維結(jié)構(gòu)超材料，其包括：至少一層成型基材、至少一層柔性功能層，所述柔性功能層設(shè)置于成型基材表面或者設(shè)置于多層成型基材之間；所述每層柔性功能層包括由至少一個(gè)柔性子基板構(gòu)成的柔性基板以及設(shè)置于每個(gè)柔性子基板上的多個(gè)能響應(yīng)電磁波的人造微結(jié)構(gòu)；所述三維結(jié)構(gòu)超材料具有電磁波調(diào)制功能；所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面由至少兩個(gè)可展開為平面的幾何區(qū)域組成；所述柔性功能層包括多個(gè)柔性子基板，一個(gè)柔性子基板對(duì)應(yīng)所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面展開后的一個(gè)平面。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料包括至少兩層所述柔性功能層和至少兩層所述成型基材。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料包括至少三層所述柔性功能層和至少三層所述成型基材。

進(jìn)一步地，所述成型基材與所述柔性功能層間隔設(shè)置。

進(jìn)一步地，每一柔性基板緊貼設(shè)置，柔性功能層緊貼于成型基材的表面。

進(jìn)一步地，所述柔性基板是熱塑性材料或加入柔性纖維的熱塑性復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述柔性基板的材料為聚酰亞胺、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚芳酯、PET膜、PE膜或PVC膜。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行透波、吸波、波束賦形、極化轉(zhuǎn)化或方向圖調(diào)制的電磁波調(diào)制功能。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行頻選透波、頻選吸波、寬頻透波或?qū)掝l吸波。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行垂直極化轉(zhuǎn)水平極化、水平極化轉(zhuǎn)垂直極化、水平極化轉(zhuǎn)圓極化或圓極化轉(zhuǎn)水平極化。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行波束發(fā)散、波束匯聚或波束偏折。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于100。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于80。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于50。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于20。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于10。

進(jìn)一步地，不同柔性子基板上的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。

進(jìn)一步地，不同柔性子基板上的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。

進(jìn)一步地，所述三維結(jié)構(gòu)超材料包括多個(gè)電磁區(qū)域，入射至每一電磁區(qū)域內(nèi)的電磁波具有一種或多種電磁參數(shù)范圍；每一電磁區(qū)域內(nèi)的人造微結(jié)構(gòu)對(duì)入射至該電磁區(qū)域的電磁波產(chǎn)生預(yù)設(shè)的電磁響應(yīng)。

進(jìn)一步地，入射至每一電磁區(qū)域內(nèi)的電磁波的一種或多種電磁參數(shù)的最大值與最小值的差值相等。

進(jìn)一步地，入射至每一電磁區(qū)域內(nèi)的電磁波的一種或多種電磁參數(shù)的最大值與最小值的差值不等。

進(jìn)一步地，所述每一電磁區(qū)域位于一柔性子基板中，或者每一電磁區(qū)域橫跨多個(gè)柔性子基板。

進(jìn)一步地，所述電磁參數(shù)范圍為入射角度范圍、軸比值范圍、相位值范圍或電磁波電場(chǎng)入射角度范圍。

進(jìn)一步地，每一電磁區(qū)域內(nèi)的至少一層柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钕嗤?，尺寸不同?

進(jìn)一步地，每一電磁區(qū)域內(nèi)的柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钕嗤?

進(jìn)一步地，每一電磁區(qū)域內(nèi)的至少一層柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)與其它柔性功能層的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤畈煌?

進(jìn)一步地，所述柔性基板上還設(shè)置有用于增強(qiáng)其與相鄰成型基材層間結(jié)合力的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)為開設(shè)于柔性基板上的孔或槽。

進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料構(gòu)成的具有幾何圖案的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電材料為金屬或非金屬導(dǎo)電材料。

進(jìn)一步地，所述金屬為金、銀、銅、金合金、銀合金、銅合金、鋅合金或鋁合金。

進(jìn)一步地，所述非金屬導(dǎo)電材料為導(dǎo)電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。

進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)的幾何圖案為方片形、雪花形、工字形、六邊形、六邊環(huán)形、十字孔形、十字環(huán)形、Y孔形、Y環(huán)形、圓孔形或圓環(huán)形。

進(jìn)一步地，所述每層成型基材的厚度相等。

進(jìn)一步地，所述每層成型基材的厚度不相等。

進(jìn)一步地，所述成型基材的材料為纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述纖維為玻璃纖維、石英纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、碳纖維或聚酯纖維。

進(jìn)一步地，所述纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料中的樹脂為熱固性樹脂。

進(jìn)一步地，所述熱固性樹脂包括環(huán)氧類型、氰酸酯類型、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂及它們的改性樹脂體系或混合體系。

進(jìn)一步地，所述纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料中的樹脂為熱塑性樹脂。

進(jìn)一步地，所述熱塑性樹脂包括聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚或聚酯。

進(jìn)一步地，所述陶瓷包括氧化鋁、氧化硅、氧化鋇、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、氧化鍶、氧化鈦或上述材料的混合物。

《三維結(jié)構(gòu)超材料》還提供一種天線罩，所述天線罩為上述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

《三維結(jié)構(gòu)超材料》還提供一種吸波材料，其包括上述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

《三維結(jié)構(gòu)超材料》還提供一種濾波器，其包括上述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

《三維結(jié)構(gòu)超材料》還提供一種天線，其包括上述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

《三維結(jié)構(gòu)超材料》還提供一種極化器，其包括上述的三維結(jié)構(gòu)超材料 。

三維結(jié)構(gòu)超材料改善效果

根據(jù)《三維結(jié)構(gòu)超材料》的三維結(jié)構(gòu)超材料，其制備工藝簡(jiǎn)單，加工成本低、工藝精度控制簡(jiǎn)單，可以替代各種具有復(fù)雜曲面且需要有一定電磁調(diào)制功能的結(jié)構(gòu)件，也可以貼附于各種具有復(fù)雜曲面的結(jié)構(gòu)件上實(shí)現(xiàn)需要的電磁調(diào)制功能。而且通過(guò)曲面展開和電磁分區(qū)的方式使得三維結(jié)構(gòu)超材料具有較好的電磁響應(yīng)和較寬的應(yīng)用范圍 。

1.一種三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，包括：至少一層成型基材、至少一層柔性功能層，所述柔性功能層設(shè)置于成型基材表面或者設(shè)置于多層成型基材之間；所述每層柔性功能層包括由至少一個(gè)柔性子基板構(gòu)成的柔性基板以及設(shè)置于每個(gè)柔性子基板上的多個(gè)能響應(yīng)電磁波的人造微結(jié)構(gòu)；所述三維結(jié)構(gòu)超材料具有電磁波調(diào)制功能；所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面由至少兩個(gè)可展開為平面的幾何區(qū)域組成；所述柔性功能層包括多個(gè)柔性子基板，一個(gè)柔性子基板對(duì)應(yīng)所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面展開后的一個(gè)平面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料包括至少兩層所述柔性功能層和至少兩層所述成型基材。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料包括至少三層所述柔性功能層和至少三層所述成型基材。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述成型基材與所述柔性功能層間隔設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，每一柔性基板緊貼設(shè)置，柔性功能層緊貼于成型基材的表面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述柔性基板是熱塑性材料或加入柔性纖維的熱塑性復(fù)合材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述柔性基板的材料為聚酰亞胺、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚芳酯、PET膜、PE膜或PVC膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行透波、吸波、波束賦形、極化轉(zhuǎn)化或方向圖調(diào)制的電磁波調(diào)制功能。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行頻選透波、頻選吸波、寬頻透波或?qū)掝l吸波。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行垂直極化轉(zhuǎn)水平極化、水平極化轉(zhuǎn)垂直極化、水平極化轉(zhuǎn)圓極化或圓極化轉(zhuǎn)水平極化。

11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波進(jìn)行波束發(fā)散、波束匯聚或波束偏折。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于100。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于80。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于50。

15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于20。

16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料表面上可展開為平面的幾何區(qū)域內(nèi)最大高斯曲率與最小高斯曲率的比值小于10。

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，不同柔性子基板上的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，不同柔性子基板上的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)超材料包括多個(gè)電磁區(qū)域，入射至每一電磁區(qū)域內(nèi)的電磁波具有一種或多種電磁參數(shù)范圍；每一電磁區(qū)域內(nèi)的人造微結(jié)構(gòu)對(duì)入射至該電磁區(qū)域的電磁波產(chǎn)生預(yù)設(shè)的電磁響應(yīng)。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，入射至每一電磁區(qū)域內(nèi)的電磁波的一種或多種電磁參數(shù)的最大值與最小值的差值相等。

21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，入射至每一電磁區(qū)域內(nèi)的電磁波的一種或多種電磁參數(shù)的最大值與最小值的差值不等。

22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述每一電磁區(qū)域位于一柔性子基板中，或者每一電磁區(qū)域橫跨多個(gè)柔性子基板。

23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述電磁參數(shù)范圍為入射角度范圍、軸比值范圍、相位值范圍或電磁波電場(chǎng)入射角度范圍。

24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，每一電磁區(qū)域內(nèi)的至少一層柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钕嗤?，尺寸不同?

25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，每一電磁區(qū)域內(nèi)的柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钕嗤?

26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，每一電磁區(qū)域內(nèi)的至少一層柔性功能層上的人造微結(jié)構(gòu)與其它柔性功能層的人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤畈煌?

27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述柔性基板上還設(shè)置有用于增強(qiáng)其與相鄰成型基材層間結(jié)合力的結(jié)構(gòu)。

28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)為開設(shè)于柔性基板上的孔或槽。

29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料構(gòu)成的具有幾何圖案的結(jié)構(gòu)。

30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為金屬或非金屬導(dǎo)電材料。

31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述金屬為金、銀、銅、金合金、銀合金、銅合金、鋅合金或鋁合金。

32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述非金屬導(dǎo)電材料為導(dǎo)電石墨、銦錫氧化物或摻鋁氧化鋅。

33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)的幾何圖案為方片形、雪花形、工字形、六邊形、六邊環(huán)形、十字孔形、十字環(huán)形、Y孔形、Y環(huán)形、圓孔形或圓環(huán)形。

34.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述每層成型基材的厚度相等。

35.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述每層成型基材的厚度不相等。

36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述成型基材的材料為纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料。

37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述纖維為玻璃纖維、石英纖維、芳綸纖維、聚乙烯纖維、碳纖維或聚酯纖維。

38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料中的樹脂為熱固性樹脂。

39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述熱固性樹脂包括環(huán)氧類型、氰酸酯類型、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂及它們的改性樹脂體系或混合體系。

40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料中的樹脂為熱塑性樹脂。

41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述熱塑性樹脂包括聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚或聚酯。

42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的三維結(jié)構(gòu)超材料，其特征在于，所述陶瓷包括氧化鋁、氧化硅、氧化鋇、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈣、氧化鍶、氧化鈦或上述材料的混合物。

43.一種天線罩，其特征在于，所述天線罩為權(quán)利要求1至42任一項(xiàng)所述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

44.一種吸波材料，其特征在于，包括權(quán)利要求1至42任一項(xiàng)所述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

45.一種濾波器，其特征在于，包括權(quán)利要求1至42任一項(xiàng)所述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

46.一種天線，其特征在于，包括權(quán)利要求1至42任一項(xiàng)所述的三維結(jié)構(gòu)超材料。

47.一種極化器，其特征在于，包括權(quán)利要求1至42任一項(xiàng)所述的三維結(jié)構(gòu)超材料 。

低頻振動(dòng)和噪聲控制問(wèn)題一直是人們面臨的技術(shù)難題，由于受到質(zhì)量定律等物理規(guī)律的制約，傳統(tǒng)的隔振/聲材料或結(jié)構(gòu)很難對(duì)其進(jìn)行有效的控制。近年來(lái)，局域共振型聲學(xué)超材料的提出，為通過(guò)亞波長(zhǎng)尺寸的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低頻減振降噪提供了一種全新的思路。然而，目前在聲學(xué)超材料低頻減振降噪中，仍在力學(xué)模型的等效、帶隙形成和調(diào)控機(jī)制及實(shí)際工程應(yīng)用等方面存在著一些不足。

本書針對(duì)低頻超材料在彈性波調(diào)控機(jī)理和減振降噪應(yīng)用方面面臨的關(guān)鍵理論及技術(shù)問(wèn)題，從新型力學(xué)模型的提出、帶隙的調(diào)控機(jī)制及實(shí)際的工程應(yīng)用詳細(xì)論述了以下的研究工作。 本書以如何利用局域共振型聲學(xué)超材料實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)和噪聲的控制問(wèn)題為核心，深入分析了四種新型不同帶隙形成機(jī)理及調(diào)控方法的力學(xué)模型，并對(duì)工程中常用的減振桿、梁、板及隔聲材料的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探索，這些研究成果會(huì)進(jìn)一步豐富聲學(xué)超材料研究?jī)?nèi)容，同時(shí)為工程中的減振降噪方法提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。。

超材料是可構(gòu)建電磁波強(qiáng)電-磁響應(yīng)的新型人工材料。超材料組成-單元微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多樣性，為超材料與電磁波傳輸、極化轉(zhuǎn)換研究留下巨大可塑空間。超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性、性能調(diào)控的有效性，特別是它的電磁波極化特性高效調(diào)控性為雷達(dá)波操控設(shè)計(jì)提供了新思路。本項(xiàng)目打破電磁波傳輸-能量耗散的傳統(tǒng)研究模式，從操控電磁波極化特性的角度獲得類似黑體的極化陷阱結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電磁波的不可探測(cè)性。形成極化特性完全相異的“透射-反射”雙層雷達(dá)波陷阱結(jié)構(gòu)，雷達(dá)波“禁錮”在極化特性不匹配的上層、下層之間。本申請(qǐng)擬開展雷達(dá)波極化調(diào)控超材料研究，重點(diǎn)突破電磁波透射、反射極化特性調(diào)控超材料設(shè)計(jì)，建立超材料的電磁波極化特性模型與數(shù)學(xué)表達(dá)；進(jìn)行雷達(dá)波“陷阱”結(jié)構(gòu)超材料設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)反饋、修正與設(shè)計(jì)優(yōu)化，獲得雷達(dá)波極化特性調(diào)控超材料設(shè)計(jì)方法。有望促進(jìn)超材料在極化天線、能量捕獲、新型光電器件、雷達(dá)波操控領(lǐng)域等應(yīng)用基礎(chǔ)研究。