基于3D打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器

本发明属于太赫兹超材料吸波器领域，具体涉及一种基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器。

背景技术：

1、随着现代科技的发展，电磁辐射源如无线通信设备、电视、电脑、手机等越来越普遍，导致电磁辐射的程度和范围也相应增加，进而产生了潜在的电磁污染问题。强电磁辐射可能对电子设备和通信系统产生干扰，影响其正常工作和通信质量。这对于医疗设备、航空航天系统、无线通信和广播系统等关键领域的设备可能具有严重的影响，甚至可能引发事故和故障。

2、超材料作为一种人工设计而成的亚波长周期性材料，能够有效增强入射电磁波与物质间的相互作用，具有天然材料所不具备的负折射率、逆多普勒效应、完美透镜效应等超常物理特性。通过对超材料形状、材料进行的合理设计和挑选可以实现对电磁波的精确控制。近年来，各种基于超材料的功能器件展示出强大的应用潜力，超材料吸波器因其超薄厚度、超轻重量以及优异的吸波性能引起了研究人员的关注。传统超材料吸波器基于landy等人于2008年提出的金属-介质-金属“三明治”结构，通过合理设计介电间隔层和金属谐振层的几何构型调整超材料的等效介电常数和磁导率，以实现与自由空间的阻抗匹配。尽管如此，由于强烈的谐振响应和单一的共振模式，导致它们只能吸收特定频率的电磁波，阻碍了超材料吸波器在宽带吸波领域的应用。

3、虽然已经提出了在水平或垂直方向上布置多个谐振频率相近的金属图案结构，通过增强相邻结构之间的耦合响应，叠加多个共振峰扩宽吸波器的吸收带宽。但这些吸波器的结构尺寸通常是固定的，一旦制造完成后，其吸收率和工作带宽通常无法调整。这意味着如果目标吸收频率发生变化时，就需要重新设计和制造新的结构，这在一定程度上限制了吸波器的实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，该超材料吸波器结构简单，易于制造，且可实现吸收带宽的调谐。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，包括若干个呈周期性分布的超材料吸波器单元，每个超材料吸波器单元包括树脂层和金属反射层，所述树脂层位于金属反射层上，所述树脂层通过3d打印在其内部成型有微流道空腔层，所述微流道空腔层内填充有液态金属，所述微流道空腔层包括中心微流道和连接于中心微流道四周的连接微流道，相邻超材料吸波器单元的微流道空腔层通过连接微流道连通；利用液态金属的流动性，通过控制液态金属在微流道空腔层中的注入与排出，使超材料吸波器的吸收性能在双峰窄带吸收与宽带吸收之间切换；通过改变液态金属的填充体积，实现对吸收带宽的调谐。

3、进一步地，单个超材料吸波器单元结构周期为p＝198μm。

4、进一步地，所述树脂层的厚度为h1＝75μm，所述微流道空腔层的厚度为h2＝25μm，所述金属反射层的厚度为h＝0.2μm。

5、进一步地，所述金属反射层使用电子束蒸发镀膜系统在双面抛光硅片上镀上一层金膜形成，金的电导率为4.56×107s/m。

6、进一步地，所述树脂层和微流道空腔层使用投影微立体3d打印系统在金属反射层上加工形成。

7、进一步地，所述中心微流道为由圆环流道和s形流道组成的类太极形流道。

8、进一步地，所述树脂层的材料采用耐高温的htl树脂，其介电常数为2.8，介质损耗角为0.08。

9、进一步地，所述液态金属为镓铟锡合金，其中镓的质量分数为68.5％，铟的质量分数为21.5％，锡的质量分数为10％。

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

11、1、本发明利用液态金属的流动性，通过控制液态金属在微流道空腔层中的注入与排空，可以使得结构的吸收性能在双峰窄带吸收与宽带吸收之间切换；通过改变液态金属的填充体积，实现对吸收带宽的调谐。

12、2、本发明在0.67thz处进行窄带吸收，在1.03thz–2.02thz频率范围内实现宽带吸收，吸收率高于90％。

13、3、本发明可使用投影微立体3d打印和电子束蒸发镀膜技术进行制备，加工精度高，制造周期短。

技术特征：

1.一种基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，包括若干个呈周期性分布的超材料吸波器单元，每个超材料吸波器单元包括树脂层和金属反射层，所述树脂层位于金属反射层上，所述树脂层通过3d打印在其内部成型有微流道空腔层，所述微流道空腔层内填充有液态金属，所述微流道空腔层包括中心微流道和连接于中心微流道四周的连接微流道，相邻超材料吸波器单元的微流道空腔层通过连接微流道连通；利用液态金属的流动性，通过控制液态金属在微流道空腔层中的注入与排出，使超材料吸波器的吸收性能在双峰窄带吸收与宽带吸收之间切换；通过改变液态金属的填充体积，实现对吸收带宽的调谐。

2.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，单个超材料吸波器单元结构周期为p＝198μm。

3.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，所述树脂层的厚度为h1＝75μm，所述微流道空腔层的厚度为h2＝25μm，所述金属反射层的厚度为h＝0.2μm。

4.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，所述金属反射层使用电子束蒸发镀膜系统在双面抛光硅片上镀上一层金膜形成，金的电导率为4.56×107s/m。

5.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，所述树脂层和微流道空腔层使用投影微立体3d打印系统在金属反射层上加工形成。

6.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，所述中心微流道为由圆环流道和s形流道组成的类太极形流道。

7.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，所述树脂层的材料采用耐高温的htl树脂，其介电常数为2.8，介质损耗角为0.08。

8.根据权利要求1所述的基于3d打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，其特征在于，所述液态金属为镓铟锡合金，其中镓的质量分数为68.5％，铟的质量分数为21.5％，锡的质量分数为10％。

技术总结本发明涉及一种基于3D打印微流道液态金属填充的可调谐宽带太赫兹超材料吸波器，包括若干个呈周期性分布的超材料吸波器单元，每个超材料吸波器单元包括树脂层和金属反射层，树脂层位于金属反射层上，树脂层通过3D打印在其内部成型有微流道空腔层，微流道空腔层内填充有液态金属，微流道空腔层包括中心微流道和连接于其四周的连接微流道，相邻超材料吸波器单元的微流道空腔层通过连接微流道连通；利用液态金属的流动性，通过控制液态金属在微流道空腔层中的注入与排出，使超材料吸波器的吸收性能在双峰窄带吸收与宽带吸收之间切换；通过改变液态金属的填充体积，实现对吸收带宽的调谐。该超材料吸波器结构简单，易于制造，且可实现吸收带宽的调谐。技术研发人员：钟舜聪,付海文,黄异,孙福伟,张政浩,陈樱受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29