專利名稱：制備超材料基板的方法
制備超材料基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，尤其涉及制備超材料基板的方法。
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(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而或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(jì)和合成超材料，人們進(jìn)行了很多研究工作。超材料包括人造結(jié)構(gòu)以及人造結(jié)構(gòu)所附著的材料，該附著材料對人造結(jié)構(gòu)起到支撐作用，因此可以是任何與人造結(jié)構(gòu)不同的材料，這兩種材料的疊加會在空間中產(chǎn)生一個等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，而這兩個物理參數(shù)分別對應(yīng)了材料的電場響應(yīng)與磁場響應(yīng)。基板的性能對超材料的最終性能有重要的影響，不同的基板材料具有不同的優(yōu)勢及不足，常用的環(huán)氧樹脂基板具有能耐高低溫、機(jī)械強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)有的基板都只具有均勻的介電常數(shù)，不能夠適應(yīng)變化的折射率、阻抗匹配等要求。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種超材料基板制備方法，采用填料對有機(jī)樹脂溶劑進(jìn)行填充改性以形成不同介電常數(shù)的膠液配方，然后將用作支撐層的增強(qiáng)材料依次浸入到不同膠液配方中再固化，由此制得基板，并使得基板能夠適應(yīng)變化的折射率以及阻抗匹配等要求。根據(jù)本發(fā)明的一個主要方面，該方法包括以下步驟:a、將一種或多種填料分別加入到一種或多種有機(jī)樹脂溶液中并進(jìn)行充分混合，以形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液；b、將增強(qiáng)材料浸入到一種膠液中；C、將增強(qiáng)材料從該膠液中取出，經(jīng)烘干后，再浸入另一種膠液中；d、重復(fù)c步驟直至增強(qiáng)材料浸入過所有膠液；e、將增強(qiáng)材料從最后一種膠液取出烘干后經(jīng)烘烤成半固化狀；f、將半固化的增強(qiáng)材料再進(jìn)行熱壓固化，從而制成基板。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，填料包括空心微珠、陶瓷粉末、凝膠中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，有機(jī)樹脂溶液包括環(huán)氧樹脂溶液、溴化環(huán)氧樹脂溶液或環(huán)氧樹脂酚醛溶液。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，增強(qiáng)材料為玻璃纖維布、紙基電子布、陶瓷基電子布或金屬基電子布。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，空心微珠為空心玻璃微珠、酚醛空心微珠、低聚丙烯酸酯微珠、聚偏聚乙烯共聚物微珠中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，空心微珠為粉末狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在步驟a中，通過控制填料在有機(jī)樹脂溶液中的含量來形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在步驟c中，在將增強(qiáng)材料從膠液中取出之后、烘干之前，利用輥壓裝置將增強(qiáng)材料擠出預(yù)定的厚度。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在步驟c中，將增強(qiáng)材料烘干的時(shí)間為10-30秒。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在步驟e中，將增強(qiáng)材料烘烤至半固化狀的時(shí)間為5-6分鐘。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在步驟f中，將半固化的增強(qiáng)材料裁剪成合適的尺寸再進(jìn)行熱壓固化。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將增強(qiáng)材料按照膠液的介電常數(shù)的大小順序進(jìn)行浸潤，從而使得超材料基板具有梯度介電常數(shù)分布。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將增強(qiáng)材料按照膠液的介電常數(shù)的大小按等差數(shù)列順序進(jìn)行浸潤。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將增強(qiáng)材料按照膠液的介電常數(shù)的大小按等比數(shù)列順序進(jìn)行浸潤。

應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明以上各方面中的特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)自由組合，而并不受其順序的限制一只要組合后的技術(shù)方案落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神內(nèi)。

為了更清楚地說明本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明的附圖作簡單地介紹，其中:圖1為根據(jù)本發(fā)明的方法制備的超材料基板的示意圖。圖2則示意性地顯示了該超材料基板中的介電常數(shù)分布。
具體實(shí)施方式下文將結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。需要明白，下文的描述(包括附圖)僅僅是示例性的，而非對本發(fā)明的限制性描述。在以下描述中會涉及到部件的具體數(shù)量，然而也需要明白的是，這些數(shù)量也僅僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參照本發(fā)明任意選取適當(dāng)數(shù)量的部件。并且，在本發(fā)明中所提及的“第一”、“第二”等字眼，并非表示對部件重要性的排序，僅僅作區(qū)別部件名稱之用。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，首先需要將一種或多種填料分別加入到一種或多種有機(jī)樹脂溶液中并進(jìn)行充分混合，以形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液。這其中可以是將一種填料分別加入到多種有機(jī)樹脂溶液中并分別進(jìn)行混合，也可以是將多種填料分別加入到一種有機(jī)樹脂溶液中并分別進(jìn)行混合，當(dāng)然，也可以是將多種填料分別加入到多種有機(jī)樹脂溶液中并分別進(jìn)行混合。并且，當(dāng)僅使用一種填料和一種有機(jī)樹脂溶液時(shí)，可以通過控制填料在有機(jī)樹脂溶液中的含量來形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液。填料的材料可以取自空心微珠、陶瓷粉末、凝膠中的一種或多種；并且，空心微珠本身為空心玻璃微珠、酚醛空心微珠、低聚丙烯酸酯微珠、聚偏聚乙烯共聚物微珠中的一種或多種。而有機(jī)樹脂溶液可以是環(huán)氧樹脂溶液、溴化環(huán)氧樹脂溶液或環(huán)氧樹脂酚醛溶液。在制得膠液后，將增強(qiáng)材料(諸如玻璃纖維布、紙基電子布、陶瓷基電子布或金屬基電子布)浸入到其中一種膠液中；然后將增強(qiáng)材料從該膠液中取出，經(jīng)短時(shí)間的烘干(例如50-100°C，10-30秒)后，再浸入另一種膠液(S卩，具有另一個介電常數(shù)的膠液)中，在這過程中，即取出之后、烘干之前，可以使用輥壓裝置將增強(qiáng)材料擠出成具有預(yù)定的厚度；接著重復(fù)這一步驟將增強(qiáng)材料不斷地取出、烘干、再浸入，直至增強(qiáng)材料浸入過所有的膠液；然后，將增強(qiáng)材料從最后一種膠液取出烘干后，高溫長時(shí)間烘烤(例如150-180°C，5-6分鐘)使之成半固化狀；最后，將半固化的增強(qiáng)材料再進(jìn)行熱壓固化，從而制成基板，而在熱壓固化之前，可以將半固化的增強(qiáng)材料先裁剪成合適的尺寸。這樣，所制得的基板具有若干個由膠液形成的層，這些層具有不同的介電常數(shù)。在制備基板的過程中，可以按照膠液的介電常數(shù)的大小順序依次浸泡增強(qiáng)材料，由此使得膠液層的介電常數(shù)的按大小從里到外依次排列，使得超材料基板具有梯度介電常數(shù)分布。也可以根據(jù)超材料基板的具體應(yīng)用要求，按照特定順序，例如按照等差數(shù)列或等比數(shù)列的順序來浸泡增強(qiáng)材料。 圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法制備的一個超材料基板10，該基板的長寬尺寸均可以為幾厘米至幾百厘米。該超材料基板10包括增強(qiáng)材料(例如玻璃纖維布)12以及在增強(qiáng)材料12兩側(cè)對稱地由膠液形成的第一膠液層1、第二膠液層2、第三膠液層3、第四膠液層4以及第五膠液層5，這些膠液層的厚度在零點(diǎn)幾毫米至幾毫米之間。為了突出顯示基板，圖中基本的比膠液層要長，但是實(shí)際操作時(shí)膠液層是優(yōu)選地覆蓋在基板的整個表面的。在該實(shí)施例中，第一膠液層I的介電常數(shù)為1，第二膠液層2的介電常數(shù)為2，第三膠液層3的介電常數(shù)為3,第四膠液層4的介電常數(shù)為4,第五膠液層5的介電常數(shù)為5,這在圖2中通過不同的顏色深淺示意性地給出。下面給出制備該超材料基板10的一個具體實(shí)施例:將空心微珠、陶瓷粉末、凝膠這些填料單獨(dú)地或任意組合地，按照預(yù)定的比例分別加入到環(huán)氧樹脂溶液溶液中，并分別進(jìn)行充分混合，分別得到介電常數(shù)ε例如為1、2、3、4、5的五種膠液。將玻璃纖維布12浸入到介電常數(shù)ε為I的膠液中，等到充分浸泡后將玻璃纖維布12從該膠液中取出，然后使用輥壓裝置(未示出)將玻璃纖維布12擠出成具有約1.0mm的厚度，接著在約100°C的條件下將附著有膠液的玻璃纖維布12烘烤約10秒，直至玻璃纖維布12被烘干，S卩，表面不再有液體狀的膠液，此時(shí)，由介電常數(shù)ε為I的膠液附著在玻璃纖維布12上，在玻璃纖維布12的兩邊對稱地形成第一膠液層I。然后，將附有第一膠液層I的玻璃纖維布12再浸入介電常數(shù)ε為2的膠液中，等到充分浸泡后再將玻璃纖維布12取出，然后使用輥壓裝置將玻璃纖維布12擠出成具有約
1.5mm的厚度。接著在約100°C的條件下將玻璃纖維布12烘烤約10秒，直至其被烘干，此時(shí)，由介電常數(shù)ε為2的膠液附著在玻璃纖維布12上，更確切地說，是附著在第一膠液層I上，并在其兩側(cè)對稱地形成第二膠液層2。接著，將從內(nèi)到外依次附有第一膠液層I和第二膠液層2的玻璃纖維布12再浸入介電常數(shù)ε為3的膠液中，等到充分浸泡后將玻璃纖維布12取出，然后使用輥壓裝置將玻璃纖維布12擠出成具有約2.0mm的厚度。然后在約100°C的條件下將玻璃纖維布12烘烤約10秒，直至其被烘干，此時(shí)，由介電常數(shù)ε為3的膠液附著在玻璃纖維布12上，更確切地說，是附著在第二膠液層2上，并在其兩側(cè)對稱地形成第三膠液層3。
然后，將從內(nèi)到外依次附有第一膠液層1、第二膠液層2以及第三膠液層3的玻璃纖維布12再浸入介電常數(shù)ε為4的膠液中，等到充分浸泡后將玻璃纖維布12取出，然后使用輥壓裝置將玻璃纖維布12擠出成具有約2.5mm的厚度。然后在約100°C的條件下將玻璃纖維布12烘烤約10秒，直至其被烘干，此時(shí)，由介電常數(shù)ε為4的膠液附著在玻璃纖維布12上，更確切地說，是附著在第三膠液層3上，并在其兩側(cè)對稱地形成第四膠液層4。再然后，將從內(nèi)到外依次附有第一膠液層1、第二膠液層2、第三膠液層3以及第四膠液層4的玻璃纖維布12再浸入介電常數(shù)ε為5的膠液中，等到充分浸泡后將玻璃纖維布12取出，然后使用輥壓裝置將玻璃纖維布12擠出成具有約3.0mm的厚度。然后在約100°C的條件下將玻璃纖維布12烘烤約10秒，直至其被烘干，此時(shí)，由介電常數(shù)ε為5的膠液附著在玻璃纖維布12上，更確切地說，是附著在第四膠液層4上，并在其兩側(cè)對稱地形成。在將從內(nèi)到外依次附有第一膠液層1、第二膠液層2、第三膠液層3、第四膠液層4以及第五膠液層5的玻璃纖維布12 (其即為基板10的雛形)大致烘干后，將其置于約180°C的條件下烘烤約5分鐘，使得帶有膠液層的玻璃纖維布12整體上呈半固化狀。最后，將這半固化的帶有膠液層的玻璃纖維布12裁剪成20x20cm的尺寸，然后進(jìn)行熱壓固化，從而制成基板10。這其中熱壓固化的工藝可以參考現(xiàn)有的PCB板制備的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法制備的超材料基板，具有按梯度分布的或者按其他規(guī)律分布的介電常數(shù)，能夠適應(yīng)變化阻抗匹配的要求，也可以在其他電磁波應(yīng)用根據(jù)需要例如增加或減小反射率。需要明白，以上根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明作了詳細(xì)的描述，不過需要理解的是，本發(fā)明的范圍并不局限于這些具體的實(shí)施方式，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的公開能夠做出的任 何改動和變更。
權(quán)利要求
1.一種制備超材料基板的方法，該方法包括以下步驟: a、將一種或多種填料分別加入到一種或多種有機(jī)樹脂溶液中并進(jìn)行充分混合，以形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液； b、將增強(qiáng)材料浸入到一種膠液中； C、將增強(qiáng)材料從該膠液中取出，經(jīng)烘干后，再浸入另一種膠液中； d、重復(fù)c步驟直至所述增強(qiáng)材料浸入過所有膠液； e、將所述增強(qiáng)材料從最后一種膠液取出烘干后經(jīng)烘烤成半固化狀； f、將半固化的所述增強(qiáng)材料再進(jìn)行熱壓固化，從而制成基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料包括空心微珠、陶瓷粉末、凝膠中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)樹脂溶液包括環(huán)氧樹脂溶液、溴化環(huán)氧樹脂溶液或環(huán)氧樹脂酚醛溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增強(qiáng)材料為玻璃纖維布、紙基電子布、陶瓷基電子布或金屬基電子布。
5.根據(jù)權(quán)利要 求2所述的方法，其特征在于，所述空心微珠為空心玻璃微珠、酚醛空心微珠、低聚丙烯酸酯微珠、聚偏聚乙烯共聚物微珠中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a中，通過控制所述填料在所述有機(jī)樹脂溶液中的含量來形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟c中，在將所述增強(qiáng)材料從膠液中取出之后、烘干之前，利用輥壓裝置將所述增強(qiáng)材料擠出預(yù)定的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟f中，將半固化的所述增強(qiáng)材料裁剪成合適的尺寸再進(jìn)行熱壓固化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述增強(qiáng)材料按照所述多種具有不同介電常數(shù)的膠液的介電常數(shù)的大小順序進(jìn)行浸潤，使得所述超材料基板具有梯度介電常數(shù)分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述增強(qiáng)材料按照所述多種具有不同介電常數(shù)的膠液的介電常數(shù)的大小按等差數(shù)列順序進(jìn)行浸潤。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述增強(qiáng)材料按照所述多種具有不同介電常數(shù)的膠液的介電常數(shù)的大小按等比數(shù)列順序進(jìn)行浸潤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備超材料基板的方法，該方法包括將一種或多種填料分別加入到一種或多種有機(jī)樹脂溶液中并進(jìn)行充分混合，以形成多種具有不同介電常數(shù)的膠液；然后將用作支撐層的增強(qiáng)材料依次浸入到不同膠液配方中再固化，由此制得基板。根據(jù)本發(fā)明的方法制成的超材料基板具有改變折射率、阻抗匹配等功能。
文檔編號B29C51/00GK103172881SQ201110439948
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 法布里齊亞·蓋佐, 金晶 申請人:深圳光啟高等理工研究院