【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及人工電磁材料，尤其涉及一種液態金屬可重構超表面反射單元及其制造方法。
技術介紹
1、超表面是對電磁波具有特殊調控特性的超薄人工微結構，其亞波長結構能在亞波長尺度對反射電磁波頻譜和波前進行靈活的調控，產生諸多自然材料無法實現的特異電磁現象，如調控電磁波相位、偏振和振幅等；其厚度遠小于波長，損耗較小且易于加工，在傳感、探測、成像、隱身、微納加工等領域中有廣泛的應用前景。
2、傳統超表面多為“金屬諧振層-介質層-金屬接地板”的三明治結構，其加工制造已有成熟的工藝，但其電磁特征在加工完成后無法改變，因此難以適應可重構等需求。為實現超表面的可調性能，可通過改變超表面的結構特征，以實現對電磁波反射等性能的調節，已有研究團隊通過使用有源器件、電控器件、pin二極管、mems器件等實現了超表面的可調功能。但使用有源器件調控的超表面帶寬較窄，器件只有通、斷兩種狀態，從而導致單元只有有限離散的電磁響應調控狀態；且有源器件需要加電保持，存在高功耗瓶頸；電控器件有工作頻段限制，超表面結構在高頻段應用困難，非線性明顯；而電控器件的焊接又會導致結構表面不平整，影響超表面結構與其他結構的集成應用。因此，需研究新的調控手段及單元形式，以實現寬帶電磁響應連續調控能力。
3、近年來，液態金屬(鎵基合金)常用于可重構電磁器件，如液態金屬天線、液態金屬超表面等。鎵基合金具有低熔點、流動響應高精度操控、電連續性、大延展性、屬性不受電磁頻段影響等優點。利用液態金屬的可任意流動性，通過制備微流道封裝結構使液態金屬在流道中流動，可代替超表
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術實施例旨在提供一種液態金屬可重構超表面反射單元及其制造方法，用以解決現有超表面反射單元結構的至少以下問題之一：1、現有超表面反射單元結構調控狀態離散且有限；2、現有超表面反射單元結構連續調節能力不足、調節帶寬較窄；3、現有超表面反射單元結構反射相移范圍較小。
2、本專利技術的目的主要是通過以下技術方案實現的：
3、一方面，本專利技術提供了一種液態金屬可重構超表面反射單元，包括：柔性基底、柔性薄膜、柔性上蓋板、驅動控制結構和接地板；
4、所述柔性上蓋板、柔性薄膜、柔性基底、接地板和驅動控制結構按順序層疊設置；
5、所述柔性基底上設置微流道陣列結構和注液口，所述微流道陣列結構包括多個單元微流道結構，所述多個單元微流道結構貫通，所述單元微流道結構為彎曲十字形結構，包括儲液池和四個半圓弧型十字臂流道。
6、進一步地，所述微流道陣列結構用于提供液態金屬和驅動液流動流道；所述驅動控制結構用于控制液態金屬在多個單元微流道結構中的流動狀態；所述接地板用于反射電磁波。
7、進一步地，所述儲液池位于單元微流道結構中央，所述四個半圓弧形十字臂流道圍繞所述儲液池設置，通過儲液池相互連通，所述四個半圓弧型十字臂流道均向遠離儲液池的方向延伸。
8、進一步地，所述四個半圓弧型十字臂流道包括第一半圓弧型十字臂流道、第二半圓弧型十字臂流道、第三半圓弧型十字臂流道和第四半圓弧型十字臂流道；
9、所述第一半圓弧型十字臂流道和第三半圓弧型十字臂流道中心對稱分布，第二半圓弧型十字臂流道和第四半圓弧型十字臂流道中心對稱分布。
10、進一步地，相鄰半圓弧型十字臂流道之間的夾角為90°。
11、進一步地，所述柔性薄膜通過熱壓粘合在柔性基底上，所述柔性上蓋板通過噴膠粘合在柔性薄膜上，所述柔性上蓋板中制造與單元微流道結構相同結構的空氣腔結構；
12、所述驅動控制結構與柔性基底上的注液口通過外接導管相連；
13、所述接地板分別與柔性基底和驅動控制結構膠粘。
14、進一步地，所述柔性基底、柔性薄膜、柔性上蓋板共同形成柔性封裝結構，柔性基底的厚度h1為3-6mm，柔性薄膜的厚度為10-50μm，柔性上蓋板的厚度h2為1.5-3mm。
15、進一步地，所述空氣腔結構的高度t2為0.7-1.2mm。
16、進一步地，液態金屬在所述液態金屬可重構超表面反射單元中的尺寸變化范圍為30°＜j＜180°，其中j為液態金屬在半圓弧型十字臂流道中流動時的圓弧角度。
17、另一方面，本專利技術還提供了一種液態金屬可重構超表面反射單元的制造方法，用于制備上述液態金屬可重構超表面反射單元，包括：
18、s1：確定單元微流道結構的形狀和初始尺寸，所述單元微流道結構為半圓弧型十字臂結構；
19、s2：根據單元微流道結構的形狀、初始尺寸和初始排列周期，設計微流道陣列結構，根據微流道陣列結構，設計柔性基底和柔性上蓋板形狀和初始尺寸；
20、s3：將單元微流道結構的形狀、初始尺寸和初始排列周期，柔性基底和柔性上蓋板的形狀和初始尺寸、柔性薄膜初始尺寸輸入電磁仿真軟件，得到初始超表面反射單元模型；
21、s4：輸入柔性基底、液態金屬和驅動液的材料參數，使用電磁仿真軟件對初始超表面反射單元模型進行多次掃參迭代，得到最終超表面反射單元模型，確定最終超表面反射單元模型中單元微流道結構、柔性基底、柔性薄膜和柔性上蓋板的尺寸為最終尺寸；
22、s5：根據最終超表面反射單元模型，制造符合形狀和尺寸要求的單元微流道結構、柔性基底和柔性上蓋板；
23、s6：在柔性基底上制造微流道陣列結構和注液口；
24、s7：根據最終超表面反射單元模型，在柔性基底上使用熱壓法粘合柔性薄膜；在柔性上蓋板中開設與單元微流道結構同樣形狀的空氣腔結構；
25、s8：通過注液口注入驅動液，驅動液通過單元微流道結構之間的通孔注入每個單元微流道結構的流動通道中；通過注液口注入液態金屬，液態金屬通過單元微流道結構之間的通孔注入每個單元微流道結構的流動通道中；
26、s9：將柔性上蓋板通過噴膠粘合在柔性薄膜上；在柔性基底下設置接地板；在接地板下設置驅動控制結構，驅動控制結構與注液口相連，得到超表面反射單元實物。
27、與現有技術相比，本專利技術至少可實現如下有益效果之一：
28、1、本專利技術的液態金屬可重構超表面反射單元，通過采用液態金屬與多個半圓弧型十字臂型的單元微流道結構組成的微流道陣列代替常規超表面結構的固定金屬陣列，通過控制液態金屬在半圓弧型十字臂流道中的連續可調，實現反射單元的諧振頻率和反射相位連續可重構，解決了常規超表面單元使用pin二極管等元件調節電磁響應狀態所面臨的調控狀態有限、連續調節能力不足等問題。
29、2、本專利技術液態金屬可重構超表面反射單元，通過彎曲十字形結構的流道增加液態金屬尺寸調節范圍，擴大反射相位調節范圍，具有極化不敏感、入射角度不敏感、電磁響應連續可調、反射相本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述液態金屬可重構超表面反射單元包括：柔性基底、柔性薄膜、柔性上蓋板、驅動控制結構和接地板；
2.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，所述微流道陣列結構用于提供液態金屬和驅動液流動流道；所述驅動控制結構用于控制液態金屬在多個單元微流道結構中的流動狀態；所述接地板用于反射電磁波。
3.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述儲液池位于單元微流道結構中央，所述四個半圓弧形十字臂流道圍繞所述儲液池設置，通過儲液池相互連通，所述四個半圓弧型十字臂流道均向遠離儲液池的方向延伸。
4.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述四個半圓弧型十字臂流道包括第一半圓弧型十字臂流道、第二半圓弧型十字臂流道、第三半圓弧型十字臂流道和第四半圓弧型十字臂流道；
5.根據權利要求4所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，相鄰半圓弧型十字臂流道之間的夾角為90°。
6.根據權利要求4所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，
7.根據權利要求5所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述柔性基底、柔性薄膜、柔性上蓋板共同形成柔性封裝結構，柔性基底的厚度h1為3-6mm，柔性薄膜的厚度為10-50μm，柔性上蓋板的厚度h2為1.5-3mm。
8.根據權利要求7所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述空氣腔結構的高度t2為0.7-1.2mm。
9.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，液態金屬在所述液態金屬可重構超表面反射單元中的尺寸變化范圍為30°＜J＜180°，其中J為液態金屬在半圓弧型十字臂流道中流動時的圓弧角度。
10.一種液態金屬可重構超表面反射單元的制造方法，用于制備權利要求1-9任一項所述液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述液態金屬可重構超表面反射單元包括：柔性基底、柔性薄膜、柔性上蓋板、驅動控制結構和接地板；
2.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，所述微流道陣列結構用于提供液態金屬和驅動液流動流道；所述驅動控制結構用于控制液態金屬在多個單元微流道結構中的流動狀態；所述接地板用于反射電磁波。
3.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述儲液池位于單元微流道結構中央，所述四個半圓弧形十字臂流道圍繞所述儲液池設置，通過儲液池相互連通，所述四個半圓弧型十字臂流道均向遠離儲液池的方向延伸。
4.根據權利要求1所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，所述四個半圓弧型十字臂流道包括第一半圓弧型十字臂流道、第二半圓弧型十字臂流道、第三半圓弧型十字臂流道和第四半圓弧型十字臂流道；
5.根據權利要求4所述的液態金屬可重構超表面反射單元，其特征在于，相鄰半圓弧型十字臂流道之間的夾角為90°。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：李一凡，許諾，李平，臧金良，安靈椿，張涵，
申請(專利權)人：北京機械設備研究所，
類型：發明
國別省市：
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