一种超材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种超材料，包括一个或多个超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在基板上的多个金属微结构，所述基板为无增强材料的有机基板。还涉及制备该超材料的方法。在基板上附着金属微结构以构成超材料，实现对入射电磁波的各种调制功能，例如汇聚电磁波、吸收电磁波、对电磁波透明、高介电常数、高磁导率、负磁导率等。同时，由于基板采用的是无增强材料的低损耗有机基板，降低了超材料的损耗及介电常数，也有利于超材料轻量化的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，尤其涉及一种基于无增强材料有机树脂基板的超材料及其制备方法。
技术介绍
光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此我们可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数，例如介电常数ε和磁导率μ来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料我们称之为超材料。如图I所示，图I为构成超材料的基本单元的立体结构示意图。超材料的基本单元包括人造微结构2以及该人造微结构附着的基板I。人造微结构优选为金属微结构，金属微结构具有能对入射电磁波电场和/或磁场产生响应的平面或立体拓扑结构，改变每个超材料基本单元上的金属微结构的图案和/或尺寸即可改变每个超材料基本单元对入射电磁波的响应。优选地，人造微结构2上还覆盖有覆盖层3，覆盖层3、人造微结构2以及基板 I构成超材料的基本单元。多个超材料基本单元按一定规律排列即可使得超材料对电磁波具有宏观的响应。由于超材料整体需对入射电磁波有宏观电磁响应因此各个超材料基本单元对入射电磁波的响应需形成连续响应，这要求每一超材料基本单元的尺寸小于入射电磁波波长的五分之一，优选为入射电磁波波长的十分之一。本段描述中，我们人为的将超材料整体划分为多个超材料基本单元，但应知此种划分方法仅为描述方便，不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或组装而成，实际应用中超材料是将金属微结构周期排布于基板上即可构成，工艺简单且成本低廉。周期排布即指上述人为划分的各个超材料基本单元上的金属微结构能对入射电磁波产生连续的电磁响应。现有的超材料的制备方法是通过在F4B、FR4等塑料作为材质的基板上排布金属微结构构成。塑料作为材质的基板含有大量的增强纤维，从而导致基板的损耗过大，基板损耗过大将大幅降低超材料的效率；并且含增强材料的基板密度比较大，所制备的超材料也比较重，不利于超材料轻量化的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有的含有增强纤维超材料基板损耗大的缺陷，提供一种基于低损耗的不含增强材料的有机基板的超材料及制备方法，降低超材料的损耗及介电常数。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，提供一种超材料，该超材料包括一个或多个超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在基板上的多个金属微结构，所述基板为无增强材料的有机基板。进一步地，所述无增强材料的有机基板的厚度为O. 0Γ3. 00毫米。进一步地，所述无增强材料的有机基板的厚度为O. 01-0. 5毫米。进一步地，所述无增强材料的有机基板的厚度为3. 01-12毫米。进一步地，所述无增强材料的有机基板的厚度为O. 5-4毫米。进一步地，所述无增强材料的有机基板的厚度为O. 7-6. 5毫米。进一步地，所述无增强材料的有机基板的厚度为1-12毫米。进一步地，所述无增强材料的有机基板的材质为热塑性树脂或热固性树脂。进一步地，所述热塑性树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或特氟龙。进一步地，所述热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂或聚酰亚胺树脂。进一步地,所述超材料内部折射率分布均勻,所述多个金属微结构拓扑结构和尺寸均相同。进一步地，所述金属微结构包括第一金属分支，所述第一金属分支成一边具有缺口的四边形状；一端设于所述缺口相对的四边形边上并向所述缺口延伸且突出所述缺口的第二金属分支；垂直于所述第二金属分支另一端的第三金属分支。进一步地，所述金属微结构以所述第二金属分支为对称轴成左右对称结构。进一步地，所述超材料内部折射率分布不均匀，所述多个金属微结构拓扑结构和/ 或尺寸不全相同。与现有技术相比，本专利技术的超材料的有益效果为本专利技术在基板上附着金属微结构以构成超材料，实现对入射电磁波的各种调制功能，例如汇聚电磁波、吸收电磁波、对电磁波透明、高介电常数、高磁导率、负磁导率等。同时，由于基板采用的是无增强材料的低损耗有机基板，降低了超材料的损耗及介电常数，也有利于超材料轻量化的应用。本专利技术还提供了一种超材料片层的制备方法，包括以下步骤利用热压方式将金属箔贴附于所述无增强材料的有机基板上，加工出金属微结构获得超材料片层。进一步地，所述无增强材料的有机基板的材质为热塑性树脂或热固性树脂。进一步地，所述热塑性树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或特氟龙。进一步地，所述热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂或聚酰亚胺树脂。本专利技术还提供了一种超材料的制备方法，包括以下步骤利用热压方式将金属箔贴附于所述无增强材料的有机基板上，加工出金属微结构获得超材料片层；将多个超材料片层叠层后热压获得超材料。进一步地，所述无增强材料的有机基板的材质为热塑性树脂或热固性树脂。进一步地，所述热塑性树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或特氟龙。进一步地，所述热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂或聚酰亚胺树脂。与现有技术相比，由上述方法制备的超材料的有益效果为本专利技术在基板上附着金属微结构以构成超材料，实现对入射电磁波的各种调制功能，例如汇聚电磁波、吸收电磁波、对电磁波透明、高介电常数、高磁导率、负磁导率等。同时，由于基板采用的是无增强材料的低损耗有机基板，降低了超材料的损耗及介电常数，也有利于超材料轻量化的应用。附图说明图I为构成超材料的基本单元的结构示意图；图2为构成吸收电磁波超材料的基本单元上附着的人造金属微结构的拓扑结构示意图;图3为图2所示人造金属微结构拓扑结构的拆分示意图；图4为超材料天线的结构示意图；图5为超材料天线中人造金属微结构的基本拓扑图案；图6为图5所不拓扑图案的一种衍生结构；图7为图5所示拓扑图案的一种变形结构；图8为平面雪花状的金属微结构的拓扑形状演变的第一阶段；图9为平面雪花状的金属微结构的拓扑形状演变的第二阶段；图10为本专利技术超材料制备方法一实施例的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。根据本专利技术的超材料，包括一个或多个超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在基板上的多个金属微结构，所述基板为无增强材料的有机基板。利用超材料能调制电磁波的原理，可以设计各种类型的超材料。根据超材料内部折射率分布是否均匀可将超材料分为功能超材料和超材料天线两大类。功能超材料是指超材料内部折射率分布均匀，具体地，即构成功能超材料的基本单元上所有的金属微结构的拓扑图案和尺寸均相同。根据拓扑图案和尺寸的不同，导致功能超材料具有不同的功能。例如吸收电磁波、电磁波透明、高介电常数超材料、高磁导率超材料、负磁导率超材料等。下面以吸收电磁波超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料，包括一个或多个超材料片层，其特征在于，所述超材料片层包括基板和附着在基板上的多个金属微结构，所述基板为无增强材料的有机基板。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，黄新政，
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：