專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于超材料的漫反射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漫反射裝置，尤其涉及一種基于超材料的漫反射裝置。
背景技術(shù)：
漫反射是指電磁波被粗糙表面無(wú)規(guī)則地向各個(gè)方向反射的現(xiàn)象。很多物體，如植物、墻壁、衣服等，其表面粗看起來(lái)似乎是平滑，但用放大鏡仔細(xì)觀察，就會(huì)看到其表面是凹凸不平的，所以本來(lái)是平行的太陽(yáng)光被這些表面反射后，就彌漫地射向不同方向。但對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波采用上述材料很難使其發(fā)生漫反射，需要改變材料的物理外形使其表面形成較大的鋸齒狀才能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波的漫反射，對(duì)材料的表面形狀和厚度有較大限制。超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合 材料。通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通的超常材料功能.目前常規(guī)的超材料主要是通過(guò)在基材上周期排列不同的人造金屬微結(jié)構(gòu)從而達(dá)到改變超材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的目的。然而想要改變超材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，在超材料基材上排列人造金屬微結(jié)構(gòu)并不是唯一的辦法，且在超材料基材上排列人造金屬微結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提出一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)的基于超材料的漫反射裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是提供一種基于超材料的漫反射裝置，其包括超材料和設(shè)置于該超材料一側(cè)中上的反射層，該超材料由多個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維方向疊加而成，該立方體結(jié)構(gòu)單元包括基材以及在基材中形成的一個(gè)或多個(gè)小孔，每個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨機(jī)分布。該基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積呈隨機(jī)分布。該立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)的五分之一。每個(gè)該立方體結(jié)構(gòu)單元基材中上形成的小孔數(shù)量相同或不同。該些小孔內(nèi)填充有折射率相同或不同的介質(zhì)。該些小孔內(nèi)填充有空氣。該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積均相同且該些小孔內(nèi)填充有折射率隨機(jī)分布的介質(zhì)。該反射面由金屬材料制成。該些小孔為貫通該立方體結(jié)構(gòu)單元。本發(fā)明采用打孔方式來(lái)改變超材料各點(diǎn)的電磁參數(shù)使得超材料整體的電磁場(chǎng)數(shù)呈隨機(jī)分布，電磁波經(jīng)過(guò)超材料后被反射層反射并再次經(jīng)過(guò)該超材料而形成漫反射，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)的有益效果。


圖I為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例第一實(shí)施方式立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例第一實(shí)施方式中構(gòu)成超材料的立方體結(jié)構(gòu)單元立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖I所示的立體結(jié)構(gòu)示意圖的主視圖；圖4為圖I所示的立體結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例第二實(shí)施方式的主視圖；圖6為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第二較佳實(shí)施例的主視圖。
具體實(shí)施例方式超材料整體可看成多個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維X-Y-Z方向疊加而成。由于超材料自身需對(duì)電磁波產(chǎn)生影響，因此要求立體結(jié)構(gòu)單元的尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)的五分之一。優(yōu)選地，每一立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸均相等且均為所需響應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)的十分之
o超材料對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)主要取決于各個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)，當(dāng)立方體結(jié)構(gòu)單元數(shù)量足夠多時(shí)，每個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元對(duì)電磁場(chǎng)的響應(yīng)將會(huì)疊加從而從宏觀上改變?nèi)肷潆姶挪ǖ母鱾€(gè)物理特性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，當(dāng)一束電磁波由一種介質(zhì)傳播到另外一種介質(zhì)時(shí)，電磁波會(huì)發(fā)生折射，當(dāng)物質(zhì)內(nèi)部的折射率分布非均勻時(shí)，電磁波就會(huì)向折射率比較大的位置偏折，電磁波的折射率與成正比關(guān)系，因而通過(guò)改變介電常數(shù)e和/或磁導(dǎo)率y在材料中的分布，就可達(dá)到改變電磁波的傳播路徑的目的。本發(fā)明同時(shí)還在超材料一側(cè)設(shè)置有反射面，電磁波經(jīng)過(guò)超材料被折射改變傳播方向以后再被反射面反射，被反射的電磁波再次經(jīng)過(guò)超材料并再次被折射而被改變傳播方向使得本發(fā)明具有漫反射的技術(shù)效果。請(qǐng)參照?qǐng)DI、圖2、圖3、圖4。圖I為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例立體結(jié)構(gòu)示意圖、圖2為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例中構(gòu)成超材料的立方體結(jié)構(gòu)單元示意圖、圖3為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例主視圖、圖4為本發(fā)明基于超材料的漫反射裝置第一較佳實(shí)施例側(cè)視圖。如圖I至圖4所示，本發(fā)明漫反射裝置包括超材料10和設(shè)置于超材料10 —側(cè)表面上的反射層20。反射層20是具有良好電磁波反射特性的反射面，比如金屬反射面等。
超材料10由多個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元100沿三維X-Y-Z方向疊加而成，每一立方體結(jié)構(gòu)單元100包括基材120以及在基材120上形成的一個(gè)小孔110。本實(shí)施例中，小孔110的體積是隨機(jī)分布的，由于空腔中自然會(huì)填滿(mǎn)空氣介質(zhì)，不同數(shù)量的空氣介質(zhì)將對(duì)立方體結(jié)構(gòu)單元100產(chǎn)生不同的電磁響應(yīng)，因此隨機(jī)分布的小孔110體積使得超材料10整體電磁參數(shù)也呈隨機(jī)分布狀態(tài)。改變?cè)撘粋€(gè)小孔110的體積可通過(guò)改變其深度、橫截面圖案或尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了進(jìn)一步加強(qiáng)立方體結(jié)構(gòu)單元100對(duì)電磁波的響應(yīng)可以通過(guò)在空腔中填入相同的對(duì)電磁響應(yīng)敏感的各類(lèi)介質(zhì)，其可為陶瓷、高分子材料、鐵電材料或鐵氧材料等。同時(shí)為了使得超材料10電磁參數(shù)分布更為混雜，亦可在體積不同的小孔110中填充折射率不同的各類(lèi)介質(zhì)如碘晶體、氧化銅、水晶、石英、聚苯乙烯、氯化鈉、玻璃、空氣等。使得小孔110體積呈隨機(jī)分布狀態(tài)具有多種實(shí)施方式。圖I至圖4即為第一種實(shí)施方式。其在立方體結(jié)構(gòu)單元上僅形成有一個(gè)小孔110，但小孔110的深度、橫截面圖案或尺寸均不同。這使得大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，打孔工藝參數(shù)和打孔模具多樣化，增加了工藝的復(fù)雜度同時(shí)也增加了產(chǎn)品的誤差率。圖5為改變小孔110占立方體結(jié)構(gòu)單元100體積的第二實(shí)施方式主視圖。立方體單元基材中上形成有多個(gè)小孔110，各個(gè)小孔110的橫截面圖案、尺寸和深度都是一樣的，但小孔110的數(shù)量是隨機(jī)分布的。采用改變小孔110數(shù)量的方法來(lái)改變其所占立方體結(jié)構(gòu)的體積使得超材料整體折射率更易于調(diào)節(jié)，并能節(jié)省打孔模具的開(kāi)模費(fèi)用。與第一實(shí)施方式相同的是，所有該些小孔110中均可填充折射率相同的介質(zhì)，或者為了使得超材料電磁 參數(shù)分布更為混雜，在該些小孔110內(nèi)隨機(jī)填充折射率不同的各類(lèi)介質(zhì)。本發(fā)明第一實(shí)施例的第二實(shí)施方式雖然解決了第一實(shí)施方式中打孔工藝參數(shù)和打孔模具多樣化的問(wèn)題，但是由于本發(fā)明對(duì)立方體結(jié)構(gòu)單元100的大小要求十分嚴(yán)格，采用改變數(shù)量的方式導(dǎo)致每一單個(gè)小孔110將會(huì)變的十分微小，無(wú)疑增大了工藝難度。圖6為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例主視圖。本實(shí)施例中，立方體結(jié)構(gòu)單元100基材中的小孔110體積所占立方體單元體積的比值相同，且小孔110數(shù)量為單個(gè)、橫截面圖案、尺寸 均相同，且本實(shí)施例中小孔Iio尺寸大于第一實(shí)施例第二實(shí)施方式中小孔110的尺寸。本實(shí)施例中，各小孔110內(nèi)填充有折射率隨機(jī)分布的各類(lèi)介質(zhì)，例如碘晶體、氧化銅、水晶、石英、聚苯乙烯、氯化鈉、玻璃、空氣等。圖6中，小孔110中的陰影表示填充的介質(zhì)，陰影密度越大表示該填充介質(zhì)的折射率越大。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，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)。
權(quán)利要求
1.一種基于超材料的漫反射裝置，其特征在于包括超材料和設(shè)置于該超材料一側(cè)中上的反射層，該超材料由多個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維方向疊加而成，該立方體結(jié)構(gòu)單元包括基材以及在基材中形成的一個(gè)或多個(gè)小孔，每個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨機(jī)分布。
2.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
3.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積呈隨機(jī)分布。
4.如權(quán)利要求3所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)的五分之一。
5.如權(quán)利要求3所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于每個(gè)該立方體結(jié)構(gòu)單元基材中上形成的小孔數(shù)量相同或不同。
6.如權(quán)利要求3所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔內(nèi)填充有折射率相同或不同的介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔內(nèi)填充有空氣。
8.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔所占立方體結(jié)構(gòu)單元的體積均相同且該些小孔內(nèi)填充有折射率隨機(jī)分布的介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該反射面由金屬材料制成。
10.如權(quán)利要求I所述的基于超材料的漫反射裝置，其特征在于該些小孔為貫通該立方體結(jié)構(gòu)單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超材料的漫反射裝置，其包括超材料和設(shè)置于該超材料一側(cè)中上的反射層，該超材料由多個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元沿三維方向疊加而成，該立方體結(jié)構(gòu)單元尺寸小于電磁波波長(zhǎng)的五分之一且包括基材以及在基材中形成的一個(gè)或多個(gè)小孔，每個(gè)立方體結(jié)構(gòu)單元的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨機(jī)分布。本發(fā)明采用打孔方式來(lái)改變超材料各點(diǎn)的電磁參數(shù)使得超材料整體的電磁場(chǎng)數(shù)呈隨機(jī)分布，電磁波經(jīng)過(guò)超材料后被反射層反射并再次經(jīng)過(guò)該超材料而形成漫反射，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且易于實(shí)現(xiàn)的有益效果。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102760956SQ201110111718
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 徐冠雄 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院