[发明专利]一种负磁导率超材料

说明书

技术领域

本发明涉及超材料领域，具体地涉及一种负磁导率超材料。

背景技术

目前，国际社会对磁导率方面已有大量的研究，其中对于正磁导率的研究已经趋于成熟，对于负磁导率超材料的研究是现在国内外研究的热点，负磁导率具有量子极化作用，可以对入射波产生极化作用，因此作用范围很大，如在医学成像领域中的磁共振成像技术，负磁导率材料能够加强电磁波的成像效果，另外负磁导率材料在透镜研究方面亦有重要作用，在工程领域，磁导率通常都是指相对磁导率，为物质的绝对磁导率μ与磁性常数μ₀(又称真空磁导率)的比值，μ_r＝μ/μ₀，无量纲值。通常“相对”二字及符号下标r都被省去。磁导率是表示物质受到磁化场H作用时，内部的真磁场相对于H的增加(μ＞1)或减少(μ＜1)的程度。至今发现的自然界已存在的材料中，μ都是大于0的。

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料。目前，现有的人造微结构的几何形状为“工”字形或者如图1所示的类似“凹”字形的开口环形，但这结构都不能实现磁导率μ明显小于0或使超材料谐振频率显著降低，只有通过设计具有特殊几何图形的人造微结构，才能使得该人工电磁材料在特定频段内达到磁导率μ值远远小于0，并具有较低的谐振频率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术中负磁导率超材料的实现磁导率为负的频点较高的情况，提供一种低谐振频率高负磁导率超材料，此超材料的磁导率可以达到-1。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，提供一种负磁导率超材料，所述超材料包括第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板以及固定在第一介质基板两侧的第一人造微结构层和第二人造微结构层、固定在第三介质基板两侧的第三人造微结构层和第四人造微结构层，所述第二人造微结构层与所述第三人造微结构层中间固定有所述第二介质基板，所述第一人造微结构层、第二人造微结构层、第三人造微结构层、第四人造微结构层均由多个阵列排布的人造微结构组成，所述第一人造微结构层的多个人造微结构与所述第二人造微结构层的多个人造微结构分别通过多个第一金属过孔连接，所述第三人造微结构层的多个人造微结构与所述第四人造微结构层的多个人造微结构分别通过多个第二金属过孔连接。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述人造微结构为阿基米德金属螺线。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第一介质基板、第三介质基板为陶瓷基板，

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第一介质基板、第三介质基板的厚度控制在0.500-0.700mm。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第一介质基板、第三介质基板的介电常数控制在8-12。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第一介质基板、第三介质基板的损耗正切值控制在0.0025-0.0045。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第二介质基板为FR-4等级基板或聚丙烯基板。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第二介质基板厚度控制在0.04-0.06。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第二介质基板的介电常数控制在4-6。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第二介质基板的损耗正切值控制在0.020-0.035。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第一金属过孔和第二金属过孔的半径控制在0.050-0.150。

在本发明所述的负磁导率超材料中，所述第一人造微结构层、第二人造微结构层、第三人造微结构层、第四人造微结构层的尺寸为，长3-21mm，宽3-21mm。

本发明的有益效果在于，采用本发明的负磁导率超材料，使介质基板与人造微结构层叠排布，两层人造微结构层的多个人造微结构间分别通过多个金属过孔连接，且人造微结构使用阿基米德金属螺线，增大了超材料的电容、电感，进而降低了超材料的谐振频率，通过缩放人造微结构的大小，可以使超材料在工作频段上实现磁导率为-1，具有良好的发展前景。

附图说明

图1为现有负磁导率超材料人造微结构示意图；

图2为本发明优选实施例负磁导率超材料结构示意图；

图3为阿基米德螺线示意图；