LDS成为电磁波隐身材料设计和制造技术

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     风靡世界的哈里·波特,身披隐形斗篷,瞬间遁形,一直令人艳羡神往。美国研究人员研发出一种新型“隐形”材料,未来或许可以让人们在现实世界感受科技魔力。 得克萨斯大学研究人员在最新一期《新物理学杂志》上报告说,他们最新研发出一种名为”“metascreen”的新型超薄“隐形”材料,可以在微波环境中遮蔽物体。新型“隐形衣”由弹性聚碳酸酯薄膜和极细小的铜带“编织”成斜纹网眼图案,厚约0.166毫米,是目前类似研究中最薄的。在实验中,研究人员把“隐形衣”套在一个长约18厘米的圆柱管上,再用微波照射圆柱管,由于避开了能量谱中的微波光线而达到“隐形”效果。研究人员指出,这种材料能在微波环境中从各个角度遮蔽三维物体。领导这项研究的安德烈亚·阿卢说,理论上讲,这种材料未来也可在可见光环境中让物体“隐身”。研究人员认为,这是一项极具发展前景的“隐形”技术,在未来科学研究和实际生活中具有广泛应用潜力。不过,这项技术还面临很多难题,尚需进一步研究。

2001年加州大学的David Smith等人根据Pendry等人的建议,利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质,并观察到了其中的反常折射定律。负的介电常数可以由长金属导线阵列(the array of long metallic wires,ALMWs)这种结构获得。负的磁导率可以由微型金属共振器,比如具有高磁化率的开口环形共振器(the split ring resonators ,SRRs)来获得。2003年左手材料被评为美国十大自然科学进展。

 

 

在2006年用线路板蚀刻周期性的金属环,当作左手媒质,获得微波频段电磁波绕射特性,达到了隐身的效果。实验中,用这类材料包围住金属圆柱,电磁波可以绕射过去,左手材料又一次被评为2006年美国自然科学十大进展。杜克大学D.R.Smith教授为主提出了一种计算方法并获得实验验证。此后,这类研究异常活跃。左手和左右手复合材料及其器件的研究、专利开始涌现。

回到本文消息分析,有如下几点发现:

第一:使用聚碳酸酯材料。这就是我们常说的pc材料,手机外壳的主要塑料,厚度0.16mm;

第二:铜的网纹。

在PC上制造金属层,已经是成熟的LDS材料和工艺范畴。微航磁电和很多企业开始从事这一产业。可见LDS已经成为了制造左手材料和器件的工艺,尤其是薄型LDS材料。

回顾总结下,本项目团队发现和贡献:

 

第一:磁性电介质制造电子器件实现产业化,其在微波频段可以调整μ和ε参数,并可以实现μ=ε。

2006年,He从理论上证明横向填充铁氧体磁性材料的TEM模传输线中周期性排列的金属阵列等效为左手媒质(IEEE,2006年,422852)意味着简化了左手材料设计,我们在这一领域进行了很早期的工作,2005年“基于纳米组装的左手材料和器件”通过鉴定的项目,就是在磁性介质中实现的。显然,在理论推出后,可以更进一步研制新原理器件

 

第二:掌握了左手和右手材料体系中缩波因子μXε的分离计算方法。公式是从电磁波的分量对偶性计算出来的,同样适合于--μ和-ε,也就是说掌握了左手材料缩波因子的分离计算公式。

第三:掌握了连续可以调整介电系数材料的制造方法。

第四:在磁性电介质上合成LDS材料,为进一步制造:宽带的、低频的左手材料器件提供了基础;在申请的发明专利“聚合物基磁性电介质及其制造电子器件工艺”中,指出了这类基材是左手材料的“容器”,可以成为光子晶体、左手效应"晶泡"容器。

第五:纳米组装技术制造左手单元晶泡,再混合到磁性介质基材中,磁场定向组装;利用参杂比例来调整空间密度,进而调整电磁特性。可调的参数有纳米组装的单元晶泡介电系数、金属点密度等指标。

第六:指出或者预言(至今没有文献发表过,在此我们预言): 一种薄膜型3D打印(分层制造layer by layer)技术,将可以在塑胶(或者称为高分子材料)内部实现金属图案化,也就是多层印刷线路板的概念将在塑胶中实现,或者有机磁性电介质中实现,那将是左手器件产业化春天来临。“立体电路制造工艺” 之发明专利对此做了权利要求。 也许薄膜型的3D打印可以冲击注塑市场:一样的产能和外观质量,但是不要模具快捷制造。

总之,2013年3月是电磁材料领域一个重要时间点,证明了一个工艺节点:LDS(立体电路)是制造左手材料、器件的技术,笔者预言的LDS+SLS制造特殊器件又近了一步。

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