一种三维结构超材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种三维结构超材料的制备方法，其包括根据三维结构超材料形状制备成型基材；将人造微结构排布于柔性基板上；将柔性基板贴附于成型基材表面；加热固化成型。本发明专利技术通过采用柔性基板和成型基材的方式制备三维结构超材料，无需三维雕刻或蚀刻步骤，减少了工艺复杂度，加工成本低，工艺精度控制简单，采用本发明专利技术制备方法得到的三维结构超材料可以替代各种具有复杂曲面且需要有一定电磁调制功能的结构件，也可以贴附于各种具有复杂曲面的结构件上实现需要的电磁调制功能。而且通过曲面展开和电磁分区的方式使得三维结构超材料具有较好的电磁响应和较宽的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超材料的制备方法，尤其涉及。
技术介绍
超材料是近十年来发展起来的对电磁波起调制作用的一种新型人工材料，基本原理是人为设计材料的微结构(或称人造“原子”)，让这样的微结构具有特定的电磁特性，从而由海量数目的微结构组成的材料宏观上可具有人们所需要的电磁功能。与传统材料技术根据自然界中已有材料的天然性质来开发电磁利用途径的传统材料技术不同，超材料技术 是根据需要来人为设计材料的性质并制造材料。超材料一般是由一定数量的人造微结构附在具有一定力学、电磁学的基板上，这些具有特定图案和材质的微结构会对经过其身的特定频段的电磁波产生调制作用。现有的超材料，例如公开号为“US7570432B1”的美国专利“METAMATERIALGRADIENTINDEX LENS”，又如公开号为 “US2010/0225562A1” 的美国专利 “BROADBAND METAMATERIALAPPARTUS, METHODS, SYSTEMS, AND COMPUTERREADABLE MEDIA”，其都是通过将微结构附着于平板的基材上形成。制备平板的超材料时，微结构附着于基板的加工工艺较为简单，可采用常规的PCB板领域的加工工艺，例如蚀刻、钻刻、离子刻、电子刻等。当超材料需要制成曲面时，则采用常规的PCB板领域的加工工艺时其制备难度变得很大，例如现有的申请号为“EP0575848A2”的欧洲专利，其公开了一种在三维曲面加工金属微结构的方法，具体实现方式为采用激光探头曝光成像的方式一个一个地逐一蚀刻出微结构。该种制备方法的加工成本和工艺控制成本均相当高且不能快速、大批量生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提出一种制备工艺简单的三维结构超材料的制备方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，提出，其包括步骤根据三维结构超材料形状制备成型基材；将人造微结构排布于柔性基板上；将柔性基板贴附于成型基材上；加热固化成型。进一步地，所述三维结构超材料包括至少两层所述柔性基板和至少两层所述成型基材O进一步地，所述三维结构超材料至少包括三层成型基材和三层柔性基板，所述柔性基板设置于相邻两层成型基材之间。进一步地，所述成型基材与所述柔性基板间隔设置。进一步地，每一柔性基板紧贴设置，柔性功能层紧贴于成型基材的表面。进一步地，所述成型基材由多片树脂和纤维构成的预浸料层铺而成。进一步地，所述成型基材为在纤维布上涂覆树脂制成。进一步地，所述三维结构超材料表面由至少两个可展开为平面的几何区域组成。进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于100。进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于80。进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率 与最小高斯曲率的比值小于50。进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于20。进一步地，所述三维结构超材料表面上可展开为平面的几何区域内最大高斯曲率与最小高斯曲率的比值小于10。进一步地，通过如下步骤将柔性基板贴附于成型基材表面将三维结构超材料展开为多个平面，将柔性基板对应该多个平面剪切成多个柔性子基板，将柔性子基板贴附于成型基材对应表面区域。进一步地，不同柔性子基板上的人造微结构的拓扑结构相同。进一步地，不同柔性子基板上的人造微结构的拓扑结构不同。进一步地，通过如下步骤确定柔性基板上的人造微结构排布计算三维结构超材料各处的一种或多种电磁参数值；根据其中一种或多种电磁参数值将三维结构超材料划分为多个电磁区域；每一电磁区域对应一种或多种电磁参数的一参数值范围；设计每一电磁区域内的人造微结构使三维结构超材料对应该电磁区域的部分相对入射至该电磁区域的电磁波能产生预设的电磁响应。进一步地，各个电磁区域对应的电磁波参数值范围的最大值与最小值的差值相坐寸ο进一步地，各个电磁区域对应的电磁波参数值范围的最大值与最小值的差值不坐寸O进一步地，所述每一电磁区域位于一柔性子基板中，或每一电磁区域横跨多个柔性子基板。进一步地，所述电磁参数为电磁波入射角度、轴比值、相位值或电磁波电场入射角度。进一步地，每一电磁区域内的至少一层柔性功能层上的人造微结构拓扑形状相同，尺寸不同。进一步地，每一电磁区域内的柔性功能层上的人造微结构拓扑形状相同。进一步地，每一电磁区域内的至少一层柔性功能层上的人造微结构与其它柔性功能层的人造微结构拓扑形状不同。进一步地，还包括在柔性基板上开设孔或槽的步骤。进一步地，所述人造微结构为导电材料构成的具有几何图案的结构。进一步地，所述人造微结构通过蚀刻、钻刻、电子刻或离子刻排布于柔性基板上。进一步地，所述导电材料为金属或非金属导电材料。进一步地,所述金属为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或招合金。进一步地，所述非金属导电材料为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。进一步地，所述人造微结构的几何图案为方片形、雪花形、工字形、六边形、六边环形、十字孔形、十字环形、Y孔形、Y环形、圆孔形或圆环形。进一步地，所述柔性基板材料为聚酰亚胺、聚酯、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚芳酯、PET膜、PE膜或PVC膜。进一步地，所述纤维为玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、碳纤维或聚酯纤维。 进一步地，所述树脂为热固性树脂。进一步地，所述热固性树脂包括环氧类型、氰酸酯类型、双马来酰亚胺树脂及它们的改性树脂体系或混合体系。进一步地，所述树脂为热塑性树脂。进一步地，所述热塑性树脂包括聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚或聚酯。本专利技术通过采用柔性基板和成型基材的方式制备三维结构超材料，无需三维雕刻或蚀刻步骤，减少了工艺复杂度，加工成本低，工艺精度控制简单，采用本专利技术制备方法得到的三维结构超材料可以替代各种具有复杂曲面且需要有一定电磁调制功能的结构件，也可以贴附于各种具有复杂曲面的结构件上实现需要的电磁调制功能。而且通过曲面展开和电磁分区的方式使得三维结构超材料具有较好的电磁响应和较宽的应用范围。附图说明图I为本专利技术三维结构超材料一较佳实施方式中的部分剖视示意图；图2为本专利技术三维结构超材料另一较佳实施方式中的部分剖视示意图；图3为一实施例中三维结构超材料仿真模型几何区域划分示意图；图4为图3所示划分的几何区域展开后的平面图；图5为一实施例中人造微结构拓扑形状示意图；图6为电磁波入射至三维结构超材料表面某点P的入射角度示意图；图7为一实施例中三维结构超材料电磁区域的划分示意图；图8为另一实施例中人造微结构拓扑形状示意图；图9为一实施例中某一柔性子基板上部分区域的人造微结构排布示意图。具体实施例方式请参照图1，图I为本专利技术三维结构超材料一较佳实施方式中的部分剖视示意图。图I中，三维结构超材料包括多层成型基材10，紧贴于成型基材10表面的柔性功能层20，所述柔性功能层包括由至少一个柔性子基板210构成的柔性基板21以及设置于每个柔性子基板210表面的多个能响应电磁波的人造微结构22 ;所述三维结构超材料具有电磁波调制功能。在本专利技术一实施例中，三维结构超材料可以包括至少两层柔性功能层和至少两层成型基材。一优选实施例中，图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维结构超材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：根据三维结构超材料形状制备成型基材；将人造微结构排布于柔性基板上；将柔性基板贴附于成型基材上；加热固化成型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，金晶，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：