專利名稱：一種介質(zhì)基板的制備方法及超材料的制作方法
一種介質(zhì)基板的制備方法及超材料技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，具體地涉及超材料介質(zhì)基板材料的制備技術(shù)。背景技術(shù)：
超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制， 從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。超材料的性質(zhì)和功能主要來自于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而非構(gòu)成它們的材料，因此，為設(shè)計和合成超材料，人們進行了很多研究工作。 2000年，加州大學(xué)的Smith等人指出周期性排列的金屬線和開環(huán)共振器(SRR)的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ同時為負的雙負材料，也稱左手材料。之后他們又通過在印刷電路板(PCB)上制作金屬線和SRR復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了二維的雙負材料。
超材料的基本結(jié)構(gòu)由介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)組成，陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性，能對電場或磁場產(chǎn)生電磁響應(yīng)， 通過對人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進行精確設(shè)計可以控制超材料各個基本單元的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率，從而使超材料呈現(xiàn)出各種一般材料所不具有的電磁特性，如能匯聚、發(fā)散和偏折電磁波等。
現(xiàn)有的超材料人造微結(jié)構(gòu)一般為金屬材料,而介質(zhì)基板一般采用有機樹脂基板, 有機樹脂基板材料的介電常數(shù)一般為3-5之間，而對于超材料的某些應(yīng)用而言，往往需要更低介電常數(shù)的材料作為介質(zhì)基板，在滿足各種機械性能的同時，很難尋找到合適的材料。 即使有更低介電常數(shù)且滿足機械性能要求的材料，其介電常數(shù)大小受材料本身性質(zhì)的決定而無法達到超材料需要的預(yù)定值。
另外，隨著超材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，對超材料介質(zhì)基板的要求也越來越高， 如絕緣、輕質(zhì)、無毒、阻燃、廉價等，現(xiàn)有的介質(zhì)基板材料尚不能滿足要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種具有較低介電常數(shù)且大小可控的超材料介質(zhì)基板的制備方法。
本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種介質(zhì)基板的制備方法，包括以下步驟
a.制備塊狀多孔二氧化硅氣凝膠；
b.將塊狀多孔二氧化硅氣凝膠疊放在涂布有有機樹脂膠液的第一增強材料上；
c.在塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的上面再疊放涂布有有機樹脂膠液的第二增強材料，在加熱的條件下進行層壓，得到介質(zhì)基板。
更好地，所述制備方法還包括改變所述塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的厚度，使所述介質(zhì)基板具有不同的介電常數(shù)。
具體地，所述有機樹脂膠液為熱固性有機樹脂、固化劑以及有機樹脂溶劑的混合物。
具體地，所述熱固性有機樹脂為環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂或環(huán)氧酚醛樹脂。
具體地，所述增強材料為玻璃纖維布、陶瓷纖維布、碳纖維布或芳香族聚酰胺纖維布。
具體地，所述a步驟的制備方法是
al將硅源加入到乙醇和水的混合溶劑中，混合均勻；
a2調(diào)節(jié)PH值，靜置后形成凝膠；
a3以乙醇或丙酮作為置換劑，去除所述凝膠內(nèi)的水；
a4將乙醇或丙酮進行干燥，再進行熱處理，得到塊狀多孔二氧化硅氣凝膠。
優(yōu)選地，所述硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶膠或水玻璃。
本發(fā)明還提供一種超材料，包括介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板包括第一有機樹脂基板、第二有機樹脂基板和塊狀多孔二氧化硅氣凝膠層，所述塊狀多孔二氧化硅氣凝膠層位于所述第一有機樹脂基板和第二有機樹脂基板之間。
具體地，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬銅、銀或金，所述有機樹脂基板為熱固性有機樹脂與增強材料組成的復(fù)合基板，所述熱固性有機樹脂為環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂或環(huán)氧酚醛樹脂。
具體地，所述增強材料為玻璃纖維布、陶瓷纖維布、碳纖維布或芳香族聚酰胺纖維布。
本發(fā)明的有益效果是
1、根據(jù)本發(fā)明提供的介質(zhì)基板的制備方法，在超材料介質(zhì)基板中加入一層塊狀多孔二氧化硅氣凝膠，由于多孔二氧化硅氣凝膠自身具有空氣孔隙，而空氣具有極低的介電常數(shù)，所以能降低整個超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)，相比與現(xiàn)有有機樹脂介質(zhì)基板3-5的介電常數(shù)范圍，本發(fā)明的超材料介質(zhì)基板介電常數(shù)能達到1-2的極低范圍，以該種介質(zhì)基板制得的超材料在整體上能獲得極低的介電常數(shù)；
2、通過控制塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的厚度，可以進一步控制超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小，為超材料的應(yīng)用提供更為準確和靈活的設(shè)計途徑；
3、根據(jù)本發(fā)明提供一種超材料，其介質(zhì)基板由上述制備方法制得，具有輕質(zhì)、無毒、阻燃、廉價優(yōu)點。具體實施方式


下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1 :
首先制備塊狀多孔二氧化硅氣凝膠，可采用以下方法以正硅酸乙酯為硅源，取正硅酸乙酯，水和乙醇混合均勻，摩爾比相當(dāng)于正硅酸乙酯水乙醇為1: 3.5 : 4-20，逐滴加入濃度為O. 35mol/L的稀鹽酸，調(diào)節(jié)pH值至2. 5-3. 5，60°C恒溫水浴中靜置120分鐘， 加入氨水調(diào)節(jié)PH值至4左右直至得到凝膠，在室溫下老化一天，將所得的濕硅凝膠在無水乙醇中老化30天，最后以二氧化碳為干燥介質(zhì)，進行超臨界干燥，得到塊狀多孔二氧化硅氣凝膠；
將塊狀多孔二氧化硅氣凝膠疊放在涂布有環(huán)氧樹脂膠液的第一玻璃纖維布上，環(huán) 氧樹脂膠液由以下成分配制，將二甲基甲酰胺和乙二醇甲醚攪拌混合，配成混合溶劑，加入 雙氰胺作為固化劑，加入環(huán)氧樹脂，攪拌溶解，混合均勻后即得到環(huán)氧樹脂膠液；
在塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的上面再疊放涂布有環(huán)氧樹脂膠液的第二玻璃纖維 布，在加熱的條件下進行層壓，使環(huán)氧樹脂膠液固化，并在固化的同時將塊狀多孔二氧化硅 氣凝膠與上下兩層玻璃纖維布粘結(jié)為一體，得到介質(zhì)基板。
進一步的，為繼續(xù)加工制備超材料，將上述介質(zhì)基板與銅箔在一定溫度和壓力下 進行壓合，即可獲得環(huán)氧樹脂玻璃纖維覆銅板，根據(jù)現(xiàn)有PCB電路板的加工工藝，可以很方 便地在環(huán)氧樹脂玻璃纖維覆銅板上通過蝕刻的方法制備出具有特定排列規(guī)律的金屬銅微 結(jié)構(gòu)，進而獲得超材料。
實施例2
首先制備塊狀多孔二氧化硅氣凝膠，可采用以下方法將正硅酸甲酯水乙 醇HCl按1: 3.5 : 8 : 8.4X10-4的摩爾比混合得到混合溶液，60°C恒溫水浴保溫2 小時，滴入質(zhì)量分數(shù)為1. 5%的氨水，調(diào)節(jié)pH值至2. 5-3. 5，進行二氧化碳超臨界干燥，將氣 凝膠分別在空氣中在1000°C溫度下進行熱處理，得到塊狀多孔二氧化硅氣凝膠；
將塊狀多孔二氧化硅氣凝膠疊放在涂布有溴化環(huán)氧樹脂膠液的第一碳纖維布上， 溴化環(huán)氧樹脂膠液由以下成分配制，以丙酮作為溶劑，加入二氨基二苯基甲烷作為固化劑， 加入溴化環(huán)氧樹脂，攪拌溶解，混合均勻后即得到溴化環(huán)氧樹脂膠液；
在塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的上面再疊放涂布有溴化環(huán)氧樹脂膠液的第二碳纖 維布，在加熱的條件下進行層壓，使溴化環(huán)氧樹脂膠液固化，并在固化的同時將塊狀多孔二 氧化硅氣凝膠與上下兩層碳纖維布粘結(jié)為一體，得到介質(zhì)基板。
進一步的，為繼續(xù)加工制備超材料，將上述介質(zhì)基板與銅箔在一定溫度和壓力下 進行壓合，即可獲得溴化環(huán)氧樹脂碳纖維覆銅板，根據(jù)現(xiàn)有PCB電路板的加工工藝，可以很 方便地在環(huán)氧樹脂碳纖維覆銅板上通過蝕刻的方法制備出具有特定排列規(guī)律的金屬銅微 結(jié)構(gòu)，進而獲得超材料。
應(yīng)當(dāng)理解上述實施例中的熱固性有機樹脂包括但不限于環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹 脂或環(huán)氧酚醛樹脂，增強材料包括但不限于玻璃纖維布、陶瓷纖維布、碳纖維布或芳香族聚 酰胺纖維布。
根據(jù)上述實施例制備得到的超材料介質(zhì)基板，由于在超材料介質(zhì)基板中加入一層 塊狀多孔二氧化硅氣凝膠，由于多孔二氧化硅氣凝膠自身具有空氣孔隙，而空氣具有極低 的介電常數(shù)，所以能降低整個超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)，相比與現(xiàn)有有機樹脂介質(zhì)基板 3-5的介電常數(shù)范圍，本發(fā)明的超材料介質(zhì)基板介電常數(shù)能達到1-2的極低范圍，以該種介 質(zhì)基板制得的超材料在整體上能獲得極低的介電常數(shù)；同時，通過控制塊狀多孔二氧化硅 氣凝膠的厚度，可以進一步控制超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小，為超材料的應(yīng)用提供更 為準確和靈活的設(shè)計途徑；根據(jù)本發(fā)明提供一種超材料，其介質(zhì)基板由上述制備方法制得， 具有輕質(zhì)、無毒、阻燃、廉價優(yōu)點。
在上述實施例中，僅對本發(fā)明進行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本 專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)基板的制備方法，包括以下步驟 a.制備塊狀多孔二氧化硅氣凝膠； b.將塊狀多孔二氧化硅氣凝膠疊放在涂布有有機樹脂膠液的第一增強材料上； c.在塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的上面再疊放涂布有有機樹脂膠液的第二增強材料，在加熱的條件下進行層壓，得到介質(zhì)基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)基板的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括改變所述塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的厚度，使所述介質(zhì)基板具有不同的介電常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)基板的制備方法，其特征在于，所述有機樹脂膠液為熱固性有機樹脂、固化劑以及有機樹脂溶劑的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的介質(zhì)基板的制備方法，其特征在于，所述熱固性有機樹脂為環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂或環(huán)氧酚醛樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)基板的制備方法，其特征在于，所述增強材料為玻璃纖維布、陶瓷纖維布、碳纖維布或芳香族聚酰胺纖維布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介質(zhì)基板的制備方法，其特征在于，所述a步驟的制備方法是 al將硅源加入到乙醇和水的混合溶劑中，混合均勻； a2調(diào)節(jié)PH值，靜置后形成凝膠； a3以乙醇或丙酮作為置換劑，去除所述凝膠內(nèi)的水； a4將乙醇或丙酮進行干燥，再進行熱處理，得到塊狀多孔二氧化硅氣凝膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的介質(zhì)基板的制備方法，其特征在于，所述硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶膠或水玻璃。
8.一種超材料，包括介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，其特征在于所述介質(zhì)基板包括第一有機樹脂基板、第二有機樹脂基板和塊狀多孔二氧化硅氣凝膠層，所述塊狀多孔二氧化硅氣凝膠層位于所述第一有機樹脂基板和第二有機樹脂基板之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬銅、銀或金。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超材料，其特征在于，所述有機樹脂基板為熱固性有機樹脂與增強材料組成的復(fù)合基板。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超材料，其特征在于，所述熱固性有機樹脂為環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂或環(huán)氧酚醛樹脂。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超材料，其特征在于，所述增強材料為玻璃纖維布、陶瓷纖維布、碳纖維布或芳香族聚酰胺纖維布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種介質(zhì)基板的制備方法及超材料，超材料包括介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板包括第一有機樹脂基板、第二有機樹脂基板和塊狀多孔二氧化硅氣凝膠層，所述塊狀多孔二氧化硅氣凝膠層位于所述第一有機樹脂基板和第二有機樹脂基板之間。其有益效果是在超材料介質(zhì)基板中加入一層塊狀多孔二氧化硅氣凝膠，能降低整個超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)，同時通過控制塊狀多孔二氧化硅氣凝膠的厚度，可以進一步控制超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小，為超材料的應(yīng)用提供更為準確和靈活的設(shè)計途徑；具有輕質(zhì)、無毒、阻燃、廉價優(yōu)點。
文檔編號B32B27/04GK103029403SQ201110297460
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 金曦, 李雪, 繆錫根 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司