超材料领域专利申请趋势浅析

【摘要】 本文通过对2000年后超材料领域专利文献进行分析，初步描绘出超材料领域专利申请趋势和方向。

【关键词】 超材料 专利

一、概述

超材料通常由人造微结构单元周期阵列而成，人造微结构单元的尺寸相对于其工作波长很小（通常小于1/10），使得构成的超材料整体对电磁波具有调控功能。超材料具有的奇异特性及其巨大的潜在应用前景，使其逐渐成为近年来研究的热点，专利数量也不断增加。（图1）

二、超材料领域专利热点解析

目前的超材料专利申请主要分为以下几类：

2.1构建和调整人造微结构单元的形式

构建和调整人造微结构单元的形式，使得构成的超材料特性具有自然界普通材料所没有的电磁特性，例如负介电常数负磁导率负折射率、具有极端值（如较高和较低）的介电常数和磁导率、在较宽范围内具有平稳变化的介电常数和磁导率 [1]。该方向专利申请的主题偏重于材料，且相关申请中的超材料大多通过在介质基板上附着金属人造微结构图案这种方式构成，基于金属人造微结构图案构成的超材料在其电磁谐振处对电磁场将具有奇特的电特性或磁特性[2]。

2.2对超材料具有的奇异电磁参数特性进行应用

A.利用介电常数 在天线中加入具有单负介电常数的超材料人造图形，利用单负介电常数所具有的禁带特性，减小贴片天线的尺寸[3]。

B.利用磁导率 与单负介电常数一样，单负磁导率也可具有禁带特性，因而用于天线中也具有使天线具有小尺寸的优点[4]。

C.利用折射率特性 将超材料与自然界中普通材料间隔周期排列，这两种材料具有绝对值相同、但符号相反的折射率，如此排布的结构可使入射电磁波沿原路径返回[5]。

D.利用波阻抗 在传统的天线罩中引入具有特殊电磁特性的超材料，使得天线罩整体的阻抗与空气相匹配，减小分界面上的反射以增强天线罩的透波性能[6]。

2.3对超材料的应用研究逐渐走向高精尖

从目前与超材料应用相关的专利申请中，不难窥见对超材料进行进一步研究的几个方向。

A.使超材料的工作频段可调 超材料具有色散特性，其电磁特性参数是随着频率变化而变化的，具有应用价值的特殊的电磁特性参数只在特定频段出现[7]。

B.使超材料宽频化 超材料所具有的色散特性使其只在很窄的频段内可体现奇异的电磁特性，拓宽超材料的工作频宽，具有重要的现实意义。

C.一些特殊的电磁参数点值 零值电磁参数的研究因其具有相位裁剪、无限速度受到越来越多的关注。

三、结论

在政府的大力扶持和引导以及对市场的培育下，国内专利申请持续快速增长，但这种快速发展下，申请质量亟待提升和加强。基于公司、大学和科研机构在超材料领域的研究中所占有重要的地位，进一步深化企业与科研院所的产学研合作，标准超材料领域在发展过程中遇到的突出问题，集中优化利用各种资源，促进超材料技术迅速发展。企业需要提升知识产权意识，利用知识产权联盟、专利池等手段有限整合知识产权资源。

参 考 文 献

[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] 西安电子科技大学，基于超材料的射频识别分形天线：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] 深圳光启高等理工研究院，高透波超材料天线罩及天线系统：CN，201210094102.5[P]

[7] 大连理工大学，基于拓扑和石墨烯材料的具有可调谐负折射率的人工电磁超材料：CN，201210540605.0[P]