本申请要求于 2011年 5月 11日提交中国专利局、申请号为 201110120971.6, 发明名称为 "一种人造微结构以及超材料" 的中国专利申请的优先权， 其全部 内容通过引用结合在本申请中。 技术领域

本发明涉及一种材料， 特别是涉及一种具有超高介电常数的人造微结 构和 相应的超材料。 背景技术

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常 物理性质的人工复合结构或 复合材料； 通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计 ， 可以突破某些表观 自然规律的限制， 从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材 料功能。

超材料由介质基板和设置在基板上的多个人造 微结构组成， 可以提供各种 普通材料具有和不具有的材料特性。单个人造 微结构大小一般小于 1/10个波长， 其对外加电场和 /或磁场具有电响应和 /或磁响应， 从而具有表现出等效介电 常数和 /或等效磁导率。 人造微结构的等效介电常数和等效磁导率由其 拓朴结 构和几何尺寸参数决定， 可人为设计和控制。 并且， 人造微结构可以具有人为 设计的各向异性的电磁参数。

介电常数是表征电介质或绝缘材料电性能的一 个重要数据， 常用 ε表示。 它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和 真空时的电容的比值， 表示电介 质在电场中贮存静电能的相对能力。 介电常数具有复数形式， 实数部分称为介 电常数， 虚数部分称为损耗因子， 通常用损耗正切值 (损耗因子与介电常数之比) 来表示材料与微波的耦合能力， 损耗正切值越大， 材料与微波的耦合能力就越 强。 如果有高介电常数的材料放在电场中， 电场的强度会在电介质内有客观的 下降， 在高介电常数材料中， 电磁波波长很短， 可以大大缩小射频及微波器件 的尺寸， 现有的材料的介电常数都比较低。

现有的超材料设计生产工艺中通常采用如图 1 所示的 "工" 字型人造微结 构去改变空间中的介电常数分布， "工"字型人造微结构包括上横线 11 , 下横线 12和竖线 13 , 采用 "工" 字型人造微结构去改变空间中的介电常数分布 通常很 难保证在一段频率上折射率变化较小， 即无色散的情况下在宽频率范围有比较 大的折射率。 现有技术中几乎没有超高介电常数的材料。 发明内容

本发明提供一种人造微结构， 包括具有预设形状的金属线。 所述人造微结 构还包括连接在所述金属线上的至少一个电感 元件。

所述金属线于一处断开， 所述断开处的两端分别连接于所述电感元件的 两 端。

所述电感元件利用表面贴装技术连接在所述断 开处。

以所述人造 结构包括多个电感元件， 所述多个电感元件的电感值相同。 所述人造微结构包括两条相互平行的第一线段 及连接于所述两个平行的第 一线段之间的第二线段， 所述电感元件连接于所述第二线段上。

所述人造微结构为开口环形结构。

所述人造微结构是三角形结构。

人造微结构的金属线为金线、 银线或铜线。

所述人造微结构的尺寸小于入射电磁波波长的 十分之一。

相应地， 本发明还提供了一种超材料， 包括基板和多个上述的人造微结构， 所述人造微结构附着在所述基板上。

其中， 所述基板为片状结构。

所述多个人造微结构在所述基板上成阵列排布 。

所述多个人造微结构按照预设的顺序有序排列 。

所述多个人造微结构的电感元件的电感值的大 小按照预设的方式递增或者 逐渐递减。

所述多个人造微结构的电感元件的电感值的大 小按照一个预设的方向逐渐 递增或者逐渐递减。

所述多个人造微结构的电感元件的电感值的大 小按照从上到下逐渐递增或 者逐渐递减。

所述多个人造微结构的电感元件的电感值的大 小按照从左到右逐渐递增或 者逐渐递减。

所述多个人造微结构的电感元件的电感值的大 小相同。 所述超材料包括叠加的多块基板， 每块基板上均附着有多个人造微结构。 基材选自陶瓷材料、 环氧树脂和聚四氟乙烯中的一种。

本发明实施例中， 将现有技术中的人造微结构连接电感元件， 并通过增大 电感元件的电感值来增大人造微结构的介电常 数， 从而为产生具有超大介电常 数的超材料提供了可能。 附图说明 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单 地介绍， 显而易见地， 下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付 出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是现有技术中 "工" 字型人造微结构示意图；

图 2是本发明实施例一中人造微结构示意图；

图 3是本发明实施例二中超材料结构示意图；

图 4是本发明实施例二中人造微结构示意图。 具体实施方式

为了改进现有技术的电磁材料的电磁特性， 本发明提供一种超材料， 相对 于现有材料和已知的超材料， 具有超大介电常数的效果。

电感是指线圈在磁场中活动时， 所能感应到的电流的强度； 介质在外加电 场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场 (真空中）与最终介质中电场比值即 为介电常数， 又称诱电率； 电感的大小能影响介质的介电常数的大小， 电感越 大， 介质的介电常数就越大。

请参阅图 2, 本发明第一实施例的一种人造 结构 100包括：

人造微结构 100包括具有特定形状的金属线 21 , 该人造微结构 100还包括 连接在金属线 21上的电感元件 22。

其中， 人造 结构 100包含一个或者多个电感元件 22, 各个电感元件 22之 间的电感值可以相同， 也可以不相同， 此处不做限制；

本实施例中是将现有的人造微结构 100 的某处断开， 并在两个断开处分别 接到电感元件 22的两端， 可以利用表面贴装技术将电感元件 22连接在断开处， 这样在不占很大面积的情况下， 整个人造微结构 100可以产生很大的电感； 本 实施例中的人造微结构 100是 "工" 字形的， 所述金属线 21包括两条相互平行 的第一线段 21a及连接于所述两个平行的第一线段 21a之间的第二线段 21b, 所 述电感元件 22连接于所述第二线段 21b上。 但是本发明不局限于 "工" 字型， 也可以应用到其他各种形状的人造微结构中， 此处不做限制； 通过增大电感来 增大人造微结构的介电常数， 从而为产生具有超大介电常数的超材料提供了 可 能。

请参阅图 3、 图 4, 本发明实施例一种超材料第二实施例包括：

如图 3所示， 超材料 1 包括基板 31和设置在基板 31上的多个人造微结构 32, 其中人造微结构 32结构图如图 4所示， 人造微结构 32包括具有特定形状 的附着在所述片状基板 31上的金属线 321 和连接在金属线 321上的电感元件 322。

其中， 人造微结构 31包含一个或者多个电感元件 322, 如果人造微结构 31 包含多个电感元件 322, 各个电感元件 322之间的电感值可以相同， 也可以不相 同， 此处不做限制。

本实施例中是将现有的人造微结构 31的某处断开， 并在两个断开处分别接 到电感元件 322的两端， 可以利用表面贴装技术将电感元件 322连接在断开处， 这样在不占很大面积的情况下， 整个人造微结构 31可以产生很大的电感； 本实 施例中的人造微结构 31是三角形的开口环形结构， 但是本发明不局限于三角型 的开口环形结构， 也可以应用到其他各种形状的人造微结构 31中， 此处不做限 制； 通过增大电感来增大人造微结构 31的介电常数， 再将具有超大介电常数的 人造微结构 31根据预先设定的顺序设置在基板 31上， 该预先设定的顺序可以 是有序排列， 也可以是无序排列， 此处不做限制； 并且， 设置在基板 31上的多 个人造微结构 31的电感元件的电感值的大小可以是相同的， 也可以是根据预先 设定的规律变化的， 比如可以是从上到下逐渐递增或者逐渐递减， 也可以是从 左到右逐渐递增或者逐渐递减， 等等， 此处不做限制； 通过对超材料 1 的人造 结构 31中设置电感元件 322, 可以通过对电感元件 322的电感值的控制来有 效控制超材料 1的介电常数。

金属线 321可以是银线、 铜线或者其他金属线， 此处不做限制； 片状基板 1 由陶瓷材料、 环氧树脂、 聚四氟乙烯或者其他材料制得， 此处不做限制；

本实施例中的超材料 1可以包括多个叠加成一体的基板 31 , 其中每个基板 31上均设置有多个人造微结构 32, 每个该人造微结构 32包括至少一个电感元 件 322。 所述人造微结构 100的尺寸小于入射电磁波波长的十分之一。

在本实施例中， 在现有的人造微结构中设置电感元件， 通过增大电感来增 的顺序设置在基板上， 从而使构成的超材料具有超大的介电常数； 并且， 通过 对超材料的人造微结构中设置电感元件， 可以通过对电感元件的电感值的控制 来有效控制超材料的介电常数。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已 ， 当然不能以此来限定本发 明之权利范围， 因此依本发明权利要求所作的等同变化， 仍属本发明所涵盖的