(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210861958.4 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 邓光晟　方林颖　莫海生　尹治平　 杨军　李迎　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 王爱涛 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于二氧化钒与TPU的超材 料传感器件 (57)摘要 本发明公开了一种基于二氧化钒与TPU的超 材料传感器件， 涉及超材料传感技术领域， 该器 件至少包括一个超材料传感单元； 超 材料传感单 元包括金属薄膜、 设置在金属薄膜上的第一介质 基板、 设置在第一介质基板上的第二介质基板以 及设置在第二介质基板上的金属谐振 结构； 金属 谐振结构包括同心的外部谐振环和 内部谐振扇 环； 内部谐振扇环包括多个且按照等间距环形排 列的谐振块； 外部谐振环的内壁上开设有多个且 按照等间距 排列的微型凹槽； 第一介质基板的材 料为二氧化钒； 第二介质基板的材料为TPU。 本发 明基于多层叠结构的设计， 具有高Q值， 灵敏度 高， 可调谐， 厚度薄等特性， 且本发明可以同时实 现拉力与温度的传感。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115265653 A 2022.11.01 CN 115265653 A 1.一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 至少包括一个超材料传感 单元； 所述超材料传感单元包括金属薄膜、 设置在所述金属薄膜上的第一介质基板、 设置在 所述第一介质基板上的第二介质基板以及设置在所述第二介质基板上的金属谐振结构； 所 述金属谐振结构包括同心的外部谐振环和内部谐振扇环， 且所述内部谐振扇环设置在所述 外部谐振环的内部； 所述内部谐振扇环包括多个且按照等间距环形排列的谐振块； 所述外 部谐振环的内壁上开设有多个且按照等间距排列的微型凹槽； 所述外部谐振环和所述内部 谐振扇环构成完整的谐振环； 所述第一介质基板的材料为二氧化钒； 所述第二介质基板的 材料为TPU。 2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 所 述外部谐振环的开口方向与所述内部谐振扇环的开口方向相同； 其中， 相邻两个所述谐振 块之间的空隙为所述内部谐振扇环的开口。 3.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 所 述外部谐振环中的多个所述微型凹槽均为尺寸相同的矩形 凹槽； 所述内部谐振扇环中的多 个所述谐振块均为尺寸相同的扇形块， 且所述 微型凹槽的个数与所述谐振块的个数相同。 4.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 多 个所述微型凹槽呈中心对称且开口大小相同； 多个所述谐振块呈中心对称。 5.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 第 二微型凹槽是由第一个微型 凹槽偏转45度得到的； 第二谐振块是由第一个谐振块偏转45度 得到的； 其中， 所述第一 微型凹槽和所述第二 微型凹槽为相邻的微型凹槽； 所述第一谐振块和所述第二谐振块 为相邻的谐振块。 6.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 所 述金属薄膜、 所述第一介质基板和所述第二介质基板均为正方形薄膜； 所述金属薄膜的边 长、 所述第一介质基板的边长和所述第二介质基板的边长相同， 所述第一介质基板的厚度 和所述第二介质基板的厚度相同。 7.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 当 所述超材 料传感单 元的数量 为多个时， 所述超材 料传感单 元呈连续周期排列。 8.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 所 述第一介质基板的介电常数为12； 在常温绝缘态下所述第一介质基板的电导率为200s/m， 并当温度达 到二氧化钒相变温度时所述第一介质基板的电导 率为2×105s/m。 9.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 所 述第二介质基板的介电常数为5， 所述第二介质基板的损耗角正切值 为0.06。 10.根据权利要求1所述的一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 其特征在于， 所 述金属薄膜的材 料为金属铜。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115265653 A 2一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件 技术领域 [0001]本发明涉及超材料传感技术领域， 特别是涉及一种基于二氧化钒与TPU的超材料 传感器件。 背景技术 [0002]超材料是指一种新型的亚波长人工复合结构或者复合材料， 拥有负折射率， 逆多 普勒效应等自然界天然材料所不存在的物理特性。 在多年的超材料研究中开 发了多种应用 领域， 其中超材料传感结构作为超材料研究的一个重要应用， 并引起了科研人员的广泛关 注。 目前， 研究人员已经提出很多超材料传感结构， 诸如压力敏感单元结构和化学生物敏感 单元结构， 但是这些传感单元结构的灵敏度、 分辨率往往限制在较低水平。 同时， 现有的超 材料传感结构一般仅能实现单一的传感功能， 无法集成两个及以上的传感功能。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 该器件基于多 层叠结构的设计， 具有高Q值， 灵敏度高， 可调谐， 厚度薄等特性。 此外， 该结构可以同时实现 拉力与温度的传感。 [0004]为实现上述目的， 本发明提供了如下 方案： [0005]一种基于二氧化钒与TPU的超材料传感器件， 至少包括一个超材料传感单元； 所述 超材料传感单元包括金属薄膜、 设置在所述金属薄膜上 的第一介质基板、 设置在所述第一 介质基板上的第二介质基板以及设置在所述第二介质基板上的金属谐振结构； 所述金属谐 振结构包括同心的外部谐振环和内部谐振扇环， 且所述内部谐振扇环设置在所述外部谐振 环的内部； 所述内部谐振扇环包括多个且按照等间距环形排列的谐振块； 所述外部谐振环 的内壁上开设有多个且按照等间距排列的微型 凹槽； 所述外部谐振环和所述内部谐振扇环 构成完整的谐振环； 所述第一介质基板的材料为二氧化钒； 所述第二介质基板的材料为 TPU。 [0006]可选地， 所述外部谐振环的开口方向与所述内部谐振扇环的开口方向相同； 其中， 相邻两个所述谐振块之间的空隙为所述内部谐振扇环的开口。 [0007]可选地， 所述外部谐振环中的多个所述微型凹槽均为尺寸相同的矩形凹槽； 所述 内部谐振扇环中的多个所述谐振块均为尺寸相同的扇形块， 且所述微型凹槽的个数与所述 谐振块的个数相同。 [0008]可选地， 多个所述微型凹槽呈中心对称且开口大小相同； 多个所述谐振块呈中心 对称。 [0009]可选地， 第二微型凹槽是由第一个微型凹槽偏转45度得到的； 第二谐振块是由第 一个谐振块偏转 45度得到的； [0010]其中， 所述第一 微型凹槽和所述第二 微型凹槽为相邻的微型凹槽； [0011]所述第一谐振块和所述第二谐振块 为相邻的谐振块。说　明　书 1/4 页 3 CN 115265653 A 3