[发明专利]一种多功能超材料

说明书

本发明公开了一种多功能超材料，该多功能超材料包括辐射制冷层和阵列布设于辐射制冷层表面的若干个电磁波吸收单元；电磁波吸收单元的材质为介电常数在90以上、损耗角正切值为0.008～0.01的材料。该多功能超材料中阵列排布的电磁波吸收单元可在较小尺寸下实现电磁波吸收功能，保证辐射制冷层的辐射制冷功能得以充分发挥，从而实现电磁隐身和辐射制冷功能的有效复合，且其结构简单，无需外加主动装置，减轻能耗和重量。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，尤其是涉及一种多功能超材料。

背景技术

目前，通信、运载工具为了适应工作环境需要满足更高的性能要求，如稳定运输工具内部温度环境、对多种检测设备同时隐身、隐身高速飞行物的降温等，相关高性能材料的开发成为一个热点问题。

实现电磁隐身常用的吸波涂层厚度大，Salisbury屏等复合吸波材料亦存在难以适应通信、运载工具的外形、不便于大面积装配应用的缺点；而制冷功能的实现常需外加主动装置，如黑体辐射源需配套冷却媒介，导致能耗和整体重量的增加，以及机动性能的降低，并且制冷效果仍有提升空间。电磁隐身的实现需在装备表面大面积覆盖具有相应功能的材料，而被动辐射制冷的效果与装配面积成正比，单纯复合两类结构通常会影响隐身或制冷效应，同时增加工艺复杂度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多功能超材料，可以在不明显增加能耗和重量的情况下同时实现隐身和辐射制冷功能，对设备的减重节能具有重要意义。

本发明的第一方面，提出了一种多功能超材料，包括辐射制冷层和阵列布设于所述辐射制冷层表面的若干个电磁波吸收单元；所述电磁波吸收单元的材质为介电常数在90以上、损耗角正切值为0.008～0.01的材料。

根据本发明实施例的多功能超材料，至少具有以下有益效果：该多功能超材料通过在辐射制冷层的表面阵列布设若干由高介电常数、高损耗角正切值材料制得的电磁波吸收单元，可实现电磁隐身与辐射制冷功能的复合。其中，辐射制冷层一方面可作为电磁波吸收单元的布设基层，另一方面可实现辐射制冷功能；而阵列排布的电磁波吸收单元能够与入射电磁波耦合发生磁谐振，吸收电磁波，从而实现电磁隐身，具体地，当电磁波传输至阵列排布的电磁波吸收单元时，电磁波吸收单元内部发生Mie谐振，生产所需的区域电场和磁场，吸收谐振频率附近的电磁波，实现对该波段电磁波的隐身效果；电磁波吸收单元具体采用高介电常数、高损耗角正切值的材料，材料的高损耗角正切值可提高电磁波吸收率，而其高介电常数使得电磁波吸收单元能在较小尺寸下实现电磁隐身吸波功能，可减少同等谐振条件下电磁波吸收单元在辐射制冷层表面的面积占比，为辐射制冷层提供更大的有效作用面积，减少电磁隐身与制冷功能结构的相互影响，以利于辐射制冷层功能的充分发挥，同时可减小整体结构剖面厚度，实现减重；并且其结构简单，相比于常规的电磁隐身与辐射制冷的组合器件而言，无需外加主动装置，集成度高。

在本发明的一些实施方式中，所述电磁波吸收单元在所述辐射制冷层的表面覆盖率为1～10％。其中，所述的表面是指所述辐射制冷层上与所述电磁波吸收单元相接触的一面。

该阵列布设的电磁波吸收单元的作用波段为微波频段，因而，对电磁波吸收单元的材料选择及设置需满足电磁谐振及在以上作用波段内具有高介电常数和损耗角正切值的要求。在本发明的一些实施方式中，所述电磁波吸收单元周期性等间距阵列布设于所述辐射制冷层的表面，以保证工作波段谐振频率准确。另外，可将各电磁波吸收单元设计为形状相同，间隔统一，具体间隔可通过模拟计算获得，具体形状可为立方体、球体或其他形状。