專利名稱：由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種左手材料，特別涉及一種由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料。
背景技術(shù)：
左手材料(left-handed metamaterials)是一種人工周期復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其在一定頻 率范圍內(nèi)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率實(shí)部同時(shí)為負(fù)值。當(dāng)電磁波在材料內(nèi)部傳播時(shí)，相速度與能流方 向反向，電場(chǎng)、磁場(chǎng)和波矢方向服從左手定則。由于左手材料這種反常的物理特性表現(xiàn)出許 多奇異的光學(xué)和電磁學(xué)性能，如負(fù)折射率，完美透鏡效應(yīng)，反常D叩pler效應(yīng)、反常Cherenkov 效應(yīng)等。因此對(duì)研制超分辨光學(xué)儀器，探測(cè)器，隱身材料，微波器件等方面有著重要應(yīng)用價(jià) 值。目前左手材料的制備多采用復(fù)合金屬絲陣列和開(kāi)口諧振環(huán)陣列來(lái)分別實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)和 負(fù)磁導(dǎo)率。然而兩種結(jié)構(gòu)的復(fù)合對(duì)制備工藝提出了更高的要求，如開(kāi)口諧振環(huán)陣列和金屬桿 陣列必需嚴(yán)格對(duì)齊，復(fù)合結(jié)構(gòu)必須采用多層結(jié)構(gòu)等。由于制備高頻甚至到紅外及可見(jiàn)光頻段， 所需諧振單元尺寸達(dá)到了納米級(jí)別，傳統(tǒng)的物理刻蝕工藝已經(jīng)很難制備這樣復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)的 左手材料。而且，由于開(kāi)口諧振環(huán)和金屬絲單元結(jié)構(gòu)自身諧振模式的特殊性，需要外界電磁 場(chǎng)以特定的偏極化方向入射激勵(lì)，才能產(chǎn)生左手效應(yīng)，這也對(duì)實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)許多局限。樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)是一種高度對(duì)稱的分形結(jié)構(gòu)，其物理模型可以用DLA模型或自仿射分形模型 來(lái)描述。在電化學(xué)或高分子化學(xué)領(lǐng)域，納米尺度樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)已經(jīng)十分成熟。 利用樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)作為左手材料的單元模型，對(duì)于實(shí)現(xiàn)紅外或可見(jiàn)光全向左手材料有重要的意 義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料。其結(jié)構(gòu)單元為金屬 樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，使金屬樹(shù)枝的電諧振和磁諧振位于同一頻段，從而實(shí)現(xiàn)左 手行為。由于本發(fā)明中左手材料的單元僅為單一的樹(shù)枝結(jié)構(gòu)，因而加工工藝十分簡(jiǎn)便；樹(shù)枝 結(jié)構(gòu)的高度對(duì)稱性使其能適應(yīng)多角度入射的微波，大大拓寬了左手材料的應(yīng)用領(lǐng)域；而且也 對(duì)以化學(xué)方法制備紅外或可見(jiàn)光波段的樹(shù)枝狀左手材料給予了重要借鑒及理論支持。


圖1 樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元的左手材料圖2 實(shí)施例一樹(shù)枝狀左手材料結(jié)構(gòu)示意3 實(shí)施例一樹(shù)枝狀左手材料微波透射圖 圖4 實(shí)施例二樹(shù)枝狀左手材料結(jié)構(gòu)示意圖 圖5 實(shí)施例三樹(shù)枝狀左手材料結(jié)構(gòu)示意圖 圖6 實(shí)施例四樹(shù)枝狀左手材料塊材結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8 2rnm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板某 一面上刻蝕出金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，單元間隔d=5 15mm。樹(shù)枝的從中心向外圍的各 級(jí)分支長(zhǎng)度分別為一級(jí)分支長(zhǎng)度h二0.5 2.5mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度l2 = 0.5 2mm，三級(jí)分支長(zhǎng) 度l3二0.5 lmm，相臨兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e=20° 75°，相臨兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為62 =20°~75°，相臨兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為03 = 2O° 75。，線寬為0.1~2mm。按實(shí)際需求將刻 蝕后的PCB版切塊，制得單層樹(shù)枝狀左手材料。若將多片單層樹(shù)枝狀左手材料按等間距2 10mm排列，即得到塊狀樹(shù)枝狀左手材料。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和材料的性能由實(shí)施例和

-實(shí)施例一 采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為0.8mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出 金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，單元間隔d=9mm。樹(shù)枝的從中心向外圍的各級(jí)分支長(zhǎng)度分別為 一級(jí)分支長(zhǎng)度l,^2mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度l2二0.9ram,三級(jí)分支長(zhǎng)度l3 = 0.9mm，相臨兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e=45°，相臨兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為e=45°，相臨兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為e=45°，線寬為1.5mm。將刻蝕后的PCB板切成大小為65mmX65mm，制得單層樹(shù)枝狀左手材 料如附圖2所示。單層樹(shù)枝狀左手材料的微波透射曲線如附圖3所示。實(shí)施例二采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為1mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出金 屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，單元間隔d=6mm。樹(shù)枝的從中心向外圍的各級(jí)分支長(zhǎng)度分別為一 級(jí)分支長(zhǎng)度h二1.5mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度l2=0.8mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度l3 = 0.5mm，相臨兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e=60°，相臨兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為e=58°，相臨兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為e=57°，線寬為lmm。將刻蝕后的PCB板切成大小為30mmX30mm，制得單層樹(shù)枝狀左手材料 如附圖4所示。實(shí)施例三采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為1.5mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出 金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，單元間隔d^l5mm。樹(shù)枝的從中心向外圍的各級(jí)分支長(zhǎng)度分別為 一級(jí)分支長(zhǎng)度h二2.5mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度l2==2mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度13 = lmm，相臨兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e=72°，相臨兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為e二53。，相臨兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為e=50°，線寬為2mm。將刻蝕后的PCB板切成大小為100mmX100mm，制得單層樹(shù)枝狀左手材料如 附圖5所示。實(shí)施例四采用電路板刻蝕技術(shù)，在厚度為2.5mm的環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出 金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元陣列，單元間隔d=5mm。樹(shù)枝的從中心向外圍的各級(jí)分支長(zhǎng)度分別為 一級(jí)分支長(zhǎng)度h^0.5mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度I2=0.5mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度I3 = 0.5mm，相臨兩個(gè)一級(jí)分支間夾角為e=36°，相臨兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為e=25°，相臨兩個(gè)三級(jí)分支間夾角為e=40°，線寬為0.3mm。將刻蝕后的PCB板切成大小為30mmX20mm，制得單層樹(shù)枝狀左手 材料，將6片單層左手材料熱壓成樹(shù)枝狀左手材料塊材，如附圖6所示。以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即大凡 依本發(fā)明權(quán)利要求及發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利覆 蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料，其結(jié)構(gòu)單元為金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，基板為環(huán)氧酚醛玻璃纖維PCB基板，其主要特征是僅需在PCB基板的單面刻蝕由一種樹(shù)枝結(jié)構(gòu)單元組成的陣列。
2. 如權(quán)利要求1所述的由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料，其特征是金屬樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元 陣列的單元間隔d = 5 15mm，樹(shù)枝從中心向外圍的各級(jí)分支長(zhǎng)度分別為一級(jí)分支長(zhǎng)度h 二0.5 2.5mm， 二級(jí)分支長(zhǎng)度l2 = 0.5 2mm，三級(jí)分支長(zhǎng)度l3 = 0.5 lmm，相臨兩個(gè)一 級(jí)分支間夾角為e!二20。 75。，相臨兩個(gè)二級(jí)分支間夾角為e2 = 20° 75°，相臨兩個(gè)三級(jí) 分支間夾角為e3 = 20° 75°，線寬為0.1 2mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料的制備，工藝過(guò)程可以分成以下兩種(1) 使用單層單面覆銅PCB基板刻蝕，制備單層樹(shù)枝狀左手材料；(2) 使用多片相同尺寸的單層樹(shù)枝狀左手材料經(jīng)過(guò)熱壓處理，制成多層樹(shù)枝狀左手材料塊 材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種左手材料，特別涉及一種由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料。與以往左手材料相比，本發(fā)明所述的由樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的左手材料僅需要一種結(jié)構(gòu)單元，即樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)單元。通過(guò)調(diào)節(jié)樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，使得材料在微波頻段內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)介電常數(shù)及負(fù)磁導(dǎo)率。同時(shí)樹(shù)枝結(jié)構(gòu)的高度對(duì)稱性使其能適應(yīng)多角度入射的微波，大大拓寬了左手材料的應(yīng)用領(lǐng)域；而且也對(duì)以化學(xué)方法制備紅外或可見(jiàn)光波段的樹(shù)枝狀左手材料給予了重要借鑒及理論支持。
文檔編號(hào)H01P7/00GK101325274SQ200710018058
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者欣 周, 趙曉鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)