本發(fā)明屬于電磁波吸收領(lǐng)域，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)可調(diào)的多頻電磁吸波材料。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)吸波材料的電磁響應(yīng)特性取決于材料本身原子分子的性質(zhì)，因此仍存在著一些自身難以克服的缺陷，比如吸收帶寬窄，密度大，環(huán)境適應(yīng)性差。隨著一些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)υO(shè)備隱蔽性的要求，對(duì)吸收器的小型化、平板化、集成化提出了迫切的需求。人工構(gòu)造的材料以其奇異的電磁響應(yīng)特性得到了越來(lái)越多的關(guān)注，這些特性包括人工磁特性，負(fù)磁導(dǎo)率，負(fù)折射率以及雙曲色散。這些人工結(jié)構(gòu)材料稱之為電磁超材料。電磁超材料可在亞波長(zhǎng)尺度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的調(diào)制作用，為吸波材料的設(shè)計(jì)研究提供了一種新的思路與手段。雙/多頻的吸波器、極化不敏感的吸波器、寬帶吸波器等各種新穎的吸波器在各個(gè)頻段不斷的涌現(xiàn)，電磁超材料吸波器的潛在應(yīng)用價(jià)值也得到不斷地開發(fā)。

通常情況下，當(dāng)超材料吸波結(jié)構(gòu)中的諧振圖案形狀、尺寸、重復(fù)周期，以及構(gòu)成材料和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，其吸波效果也就確定了。然而隨著發(fā)展需要，這種靜態(tài)的傳統(tǒng)電磁超材料已不能滿足更加靈活的應(yīng)用需求。但是通過(guò)某些外界激勵(lì)，如溫度、電流、電壓和光照等使吸波結(jié)構(gòu)中的某個(gè)參數(shù)是一個(gè)可控的變量，就能夠通過(guò)這些外界激勵(lì)實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)吸收的目的。M.J.Dicken等人利用VO₂的相變制備了基于溫度控制的可調(diào)節(jié)吸波材料(H.S.Choi,J.S.Ahn,J.H.Jung,et al..Mid-infrared Properties of A VO₂Film Near theMetal-insulator Transition[J].Phys.Rev.B,1996,54(7):4621)。在溫度低于相變溫度時(shí)，VO₂在結(jié)構(gòu)中充當(dāng)介質(zhì)層的作用，能夠使結(jié)構(gòu)有效的吸收電磁波；然而在溫度接近或高于相變溫度時(shí)，VO₂逐漸地變成了金屬，結(jié)構(gòu)的吸收效果明顯變差，而且由于VO₂相變溫度較低，此材料易受環(huán)境影響，不適用于復(fù)雜環(huán)境下的可調(diào)吸收，并且其激發(fā)方式只限于熱激發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中上述缺陷，提供一種在紅外范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多頻帶吸收以及吸波頻帶可動(dòng)態(tài)調(diào)制的電磁吸波材料。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為：一種動(dòng)態(tài)可調(diào)的多頻電磁吸波材料，所述吸波材料自下而上依次包括：底層金屬反射層，介質(zhì)間隔層以及頂層周期排布的金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列。其中，所述介質(zhì)間隔層材料為GST相變材料。該吸波材料的工作方式為：通過(guò)電激發(fā)、光激發(fā)或熱激發(fā)的方式改變GST材料的晶態(tài)(相)，從而改變其介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)吸波材料在紅外范圍內(nèi)的多頻帶吸收以及吸波頻帶的動(dòng)態(tài)調(diào)制。

其中，所述底層金屬反射層所用金屬的電導(dǎo)率大于10⁴；所述金屬反射層厚度t大于金屬的趨膚深度；所述GST相變材料的厚度d小于工作波長(zhǎng)。

其中，所述金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)包括：孔或孔的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)；所用金屬的電導(dǎo)率大于10⁴。

其中，所述吸波材料在紅外波束入射角度為0°—80°范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)吸收率大于80％的吸收。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：可通過(guò)多種激發(fā)方式(電激發(fā)、光激發(fā)或熱激發(fā))實(shí)現(xiàn)吸波材料在紅外范圍的動(dòng)態(tài)調(diào)制，并可應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境中。此外，本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輕薄可實(shí)現(xiàn)與復(fù)雜面形物體共形的設(shè)計(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中周期排列的金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的電鏡圖；

圖3為本發(fā)明在常溫和加溫后得到的吸收測(cè)試譜線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于下面的實(shí)施例，下面的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，應(yīng)包括權(quán)利要求書中的全部?jī)?nèi)容；而且本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下的一個(gè)實(shí)施例即可實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求書中的全部?jī)?nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明的宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。

首先闡述本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理：

照射在金屬表面的光子與金屬中的自由電子相互作用激發(fā)表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPP)，在這種相互作用中，當(dāng)入射光頻率與金屬中的自由電子的共振頻率相同時(shí)，金屬中的自由電子發(fā)生集體振蕩，使得電磁波以表面等離子體表面波的形式局域在金屬的表面?zhèn)鞑ィ瑢?shí)現(xiàn)對(duì)光波的吸收。

SPP波長(zhǎng)的表達(dá)式為：

其中，p為單元結(jié)構(gòu)的周期，ε_m，ε_d分別為金屬和介質(zhì)的介電常數(shù)。

由上式可知，超材料的吸收峰位與介質(zhì)層材料參數(shù)相關(guān)。因而，可以通過(guò)電激發(fā)，光激發(fā)，熱激發(fā)等方式改變介質(zhì)材料的介電常數(shù)，進(jìn)而對(duì)超表面的吸收峰進(jìn)行調(diào)制。

基于上述原理結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明。

如圖1所示為本發(fā)明一種動(dòng)態(tài)可調(diào)的多頻電磁吸波材料的結(jié)構(gòu)示意圖，該材料從下至上依次包括：金屬反射層1、介質(zhì)隔離層2、周期排列的金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列3，其中，所述金屬層為100nm厚的金膜，所述介質(zhì)為60nm厚的GST相變材料，所述金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)為35nm厚的金結(jié)構(gòu)，周期為400nm。圖2為本發(fā)明周期排列的金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的電鏡圖。

分別在常溫和220℃高溫下，采用紅外波束垂直入射本發(fā)明的吸波材料，并用傅里葉紅外光譜儀對(duì)該吸波材料反射譜進(jìn)行測(cè)試。得到圖3所示的本發(fā)明吸波材料在常溫和加溫后得到的吸收測(cè)試譜線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)加溫改變了樣品吸收峰的位置，實(shí)現(xiàn)了在近紅外范圍內(nèi)的多頻帶吸收，吸收率大于80％，且吸收譜動(dòng)態(tài)可調(diào)。

盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的典型實(shí)施例，具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的多種改變。