超材料領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔轀\析

婁鶯 楊艷

【摘要】 本文通過對2000年后超材料領(lǐng)域?qū)＠墨I進行分析，初步描繪出超材料領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔莺头较颉?/p>

【關(guān)鍵詞】 超材料 專利

一、概述

超材料通常由人造微結(jié)構(gòu)單元周期陣列而成，人造微結(jié)構(gòu)單元的尺寸相對于其工作波長很小（通常小于1/10），使得構(gòu)成的超材料整體對電磁波具有調(diào)控功能。超材料具有的奇異特性及其巨大的潛在應(yīng)用前景，使其逐漸成為近年來研究的熱點，專利數(shù)量也不斷增加。（圖1）

二、超材料領(lǐng)域?qū)＠麩狳c解析

目前的超材料專利申請主要分為以下幾類：

2.1構(gòu)建和調(diào)整人造微結(jié)構(gòu)單元的形式

構(gòu)建和調(diào)整人造微結(jié)構(gòu)單元的形式，使得構(gòu)成的超材料特性具有自然界普通材料所沒有的電磁特性，例如負介電常數(shù)負磁導率負折射率、具有極端值（如較高和較低）的介電常數(shù)和磁導率、在較寬范圍內(nèi)具有平穩(wěn)變化的介電常數(shù)和磁導率 [1]。該方向?qū)＠暾埖闹黝}偏重于材料，且相關(guān)申請中的超材料大多通過在介質(zhì)基板上附著金屬人造微結(jié)構(gòu)圖案這種方式構(gòu)成，基于金屬人造微結(jié)構(gòu)圖案構(gòu)成的超材料在其電磁諧振處對電磁場將具有奇特的電特性或磁特性[2]。

2.2對超材料具有的奇異電磁參數(shù)特性進行應(yīng)用

A.利用介電常數(shù) 在天線中加入具有單負介電常數(shù)的超材料人造圖形，利用單負介電常數(shù)所具有的禁帶特性，減小貼片天線的尺寸[3]。

B.利用磁導率 與單負介電常數(shù)一樣，單負磁導率也可具有禁帶特性，因而用于天線中也具有使天線具有小尺寸的優(yōu)點[4]。

C.利用折射率特性 將超材料與自然界中普通材料間隔周期排列，這兩種材料具有絕對值相同、但符號相反的折射率，如此排布的結(jié)構(gòu)可使入射電磁波沿原路徑返回[5]。

D.利用波阻抗 在傳統(tǒng)的天線罩中引入具有特殊電磁特性的超材料，使得天線罩整體的阻抗與空氣相匹配，減小分界面上的反射以增強天線罩的透波性能[6]。

2.3對超材料的應(yīng)用研究逐漸走向高精尖

從目前與超材料應(yīng)用相關(guān)的專利申請中，不難窺見對超材料進行進一步研究的幾個方向。

A.使超材料的工作頻段可調(diào) 超材料具有色散特性，其電磁特性參數(shù)是隨著頻率變化而變化的，具有應(yīng)用價值的特殊的電磁特性參數(shù)只在特定頻段出現(xiàn)[7]。

B.使超材料寬頻化 超材料所具有的色散特性使其只在很窄的頻段內(nèi)可體現(xiàn)奇異的電磁特性，拓寬超材料的工作頻寬，具有重要的現(xiàn)實意義。

C.一些特殊的電磁參數(shù)點值 零值電磁參數(shù)的研究因其具有相位裁剪、無限速度受到越來越多的關(guān)注。

三、結(jié)論

在政府的大力扶持和引導以及對市場的培育下，國內(nèi)專利申請持續(xù)快速增長，但這種快速發(fā)展下，申請質(zhì)量亟待提升和加強?；诠尽⒋髮W和科研機構(gòu)在超材料領(lǐng)域的研究中所占有重要的地位，進一步深化企業(yè)與科研院所的產(chǎn)學研合作，標準超材料領(lǐng)域在發(fā)展過程中遇到的突出問題，集中優(yōu)化利用各種資源，促進超材料技術(shù)迅速發(fā)展。企業(yè)需要提升知識產(chǎn)權(quán)意識，利用知識產(chǎn)權(quán)聯(lián)盟、專利池等手段有限整合知識產(chǎn)權(quán)資源。

參 考 文 獻

[1] Douglas H. Werner，State College，PA（US），anisotropic metamaterial gain-enhancing lens for antenna applications：US，13/464492[P]

[2] Marconi Caswell Limited，London，Structure with magnetic properties：US，09/622856[P]

[3] Oticon A/S，Miniture patch antenna：EP，09150234.4[P]

[4] 西安電子科技大學，基于超材料的射頻識別分形天線：CN，201310482276.3[P]

[5] The Boeing Company，Chicago，IL（US），Patterned optical material and metamaterial for protection form and defect of directed energy：US，12/566156[P]

[6] 深圳光啟高等理工研究院，高透波超材料天線罩及天線系統(tǒng)：CN，201210094102.5[P]

[7] 大連理工大學，基于拓撲和石墨烯材料的具有可調(diào)諧負折射率的人工電磁超材料：CN，201210540605.0[P]