一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料及其設(shè)計方法。本發(fā)明由多個材料單元組成，每個材料單元包括鉻和光刻膠SU-8；具體的：在基底上設(shè)置有一層金屬鉻膜，該層金屬鉻膜作為防透射層；在金屬鉻膜上，光刻膠SU-8和鉻的方塊陣列自下而上交替疊加組成金字塔狀；所述的鉻的方塊陣列有五層，且每層的厚度為200nm，其方塊陣列邊長自下而上依次有規(guī)律縮小，自下而上依次是：70μm、66μm、62μm、58μm和54μm；所述的每層光刻膠SU-8的厚度為4μm；材料單元周期為95μm；本發(fā)明實現(xiàn)了太赫茲波段的大帶寬吸收效果；突破了傳統(tǒng)超材料制作的工藝局限，完成了太赫茲波段三維人工特異介質(zhì)的設(shè)計和制作。
【專利說明】一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料及其設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲波段無線能量傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料及其設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波指的是頻率在0.1THz到1THz范圍內(nèi)的電磁波，波長約在0.03mm到3mm之間，介于微波與紅外波之間。THz波具有很多微波和光波不具備的特點，例如THz光子能量低，只有幾個電子伏特，不會對檢測物質(zhì)造成破壞；大多非金屬非極性材料對THz射線吸收較小，使得它可以用于檢測材料內(nèi)部信息；THz脈沖源只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶能覆蓋GHz到幾十THz的范圍，很多生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動能級，電介質(zhì)、半導(dǎo)體、超導(dǎo)材料等的聲子振動能級都在THz的波段范圍內(nèi)。目前大多通過想干探測技術(shù)獲得THz的實時功率，由于THz脈沖有很高的峰值功率，在時域光譜系統(tǒng)中具有很高的信噪t匕。由于具備上述優(yōu)勢，太赫茲技術(shù)可在安檢、傳感和成像等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，近年來受到了研究者們的高度關(guān)注，許多工作在太赫茲波段的新器件也應(yīng)運而生。
[0003]吸波材料是可以對某一頻率或頻段電磁波有強烈吸收的材料，可以用于太陽能采集或屏蔽某一特定波長或波段，應(yīng)用范圍廣泛。已經(jīng)有科學家設(shè)計出了利用超材料在太赫茲波段多角度高效窄帶吸收的材料，但是受限于三維超材料的制作難度，二維超材料只能實現(xiàn)窄帶吸收，無法實現(xiàn)寬帶吸波的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有材料不能實現(xiàn)太赫茲波段大寬帶吸收的缺陷，提供一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料及其設(shè)計方法。
[0005]一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料，由多個材料單元組成，每個材料單元包括鉻和光刻膠SU-8 ;具體的:在基底上設(shè)置有一層金屬鉻膜，該層金屬鉻膜作為防透射層；在金屬鉻膜上，光刻膠SU-8和鉻的方塊陣列自下而上交替疊加組成金字塔狀；所述的鉻的方塊陣列有五層，且每層的厚度為200nm，其方塊陣列邊長自下而上依次有規(guī)律縮小，自下而上依次是:70 μ m、66 μ m、62 μ m、58 μ m和54 μ m ;所述的每層光刻膠SU-8的厚度為4 μ m ;材料單元周期為95μπι;
所述的光刻膠光刻膠SU8在ITHz頻率附近的介電系數(shù)約為2.79-0.31i，金屬材料鉻(chromium)的磁導(dǎo)率 σ =8X 16 s/m。
[0006]一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料的設(shè)計方法，具體包括如下步驟:
步驟1.根據(jù)有效介質(zhì)理論:Metamaterials (^s)的性能由磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε決定，而反射率R(?)和透射率Τ(ω)取決于折射率η和波阻抗Ω，均與磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε相關(guān)。因此，能夠通過調(diào)節(jié)MMs的磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε來獲得所需要的透射和反射效果。
[0007]通過模擬計算材料的S參數(shù)，包括和從而計算出透射參數(shù)τ(?)和反射參數(shù)R (ω);其中

【權(quán)利要求】
1.一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料，其特征在于由多個材料單元組成，每個材料單元包括鉻和光刻膠SU-8 ;具體的:在基底上設(shè)置有一層金屬鉻膜，該層金屬鉻膜作為防透射層；在金屬鉻膜上，光刻膠SU-8和鉻的方塊陣列自下而上交替疊加組成金字塔狀。
2.如權(quán)利要求1所述的一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料，其特征在于所述的鉻的方塊陣列有五層，且每層的厚度為200nm，其方塊陣列邊長自下而上依次有規(guī)律縮小，自下而上依次是:70μπι、66μπι、62μπι、58μπι和54 μ m ;所述的每層光刻膠SU-8的厚度為4μπι ;材料單元周期為95 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料，其特征在于所述的光刻膠光刻膠SU-8在ITHz頻率附近的介電系數(shù)約為2.79-0.31i，金屬材料鉻的磁導(dǎo)率σ =8 X 16 s/m。
4.一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料的設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1.根據(jù)有效介質(zhì)理論:Metamaterials的性能由磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε決定，而反射率R(?)和透射率Τ(ω)取決于折射率η和波阻抗Ω，均與磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε相關(guān)；因此，能夠通過調(diào)節(jié)麗s的磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε來獲得所需要的透射和反射效果; 通過模擬計算材料的S參數(shù)，S參數(shù)包括 S21(?)和SI 1卜)，從而計算出透射參數(shù)T (勾和反射參數(shù)R (?);其中 T⑷=| S21(fij)P,R(?) = | Sll(Cf)P ； 吸收參數(shù)通過如下公式得到:
T(i?)+ R(<2J)+ Α(?>)= I ； 而在有金屬防透射層的條件下，透射系數(shù)為0，即:
A(^) = 1- R(?)=l-|Sll(?)f ； 吸收系數(shù)A((6)能通過調(diào)節(jié)磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε來調(diào)制的；Metamaterials能通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸來確定其在某個頻率下磁導(dǎo)率μ和介電系數(shù)ε的； 步驟2.制作材料，具體如下: 在基底上濺射一層金屬鉻膜，該層金屬鉻膜作為防透射層；在金屬鉻膜上，光刻膠SU-8和鉻的方塊陣列自下而上交替疊加組成金字塔狀；每層光刻膠SU-8通過旋涂制作和加熱固化完成，每層鉻的方塊陣列通過光刻和濺射剝離完成。
5.如權(quán)利要求4所述的一種寬帶高性能人工太赫茲吸波材料的設(shè)計方法，其特征在于所述的鉻的方塊陣列有五層，且每層的厚度為200nm，其方塊陣列邊長自下而上依次有規(guī)律縮小，自下而上依次是:70μπι、66μπι、62μπι、58μπι和54 μ m ;所述的每層光刻膠SU-8的厚度為4μ m。
【文檔編號】B32B15/092GK104070731SQ201410294724
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】馬云貴, 朱劍飛, 馬兆峰 申請人:浙江大學