專利名稱：三維結構超材料的制備方法及三維結構超材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及人造材料技術領域，特別的，涉及一種三維結構超材料的制備方法及三維結構超材料。
背景技術：
隨著雷達探測、衛星通訊、航空航天等高新技術的快速發展，以及抗電磁干擾、隱形技術、微波暗室等研究領域的興起，微波吸收材料的研究越來越受到人們的重視。超材料可以出現非常奇妙的電磁效應，可用于吸波材料和隱形材料等領域，成為吸波材料領域研究的熱點。超材料的性質和功能主要來自于其內部的結構，如何精確制備具有周期排列的三維精細結構成為超材料制備技術的關鍵。
超材料可以是包括傳統吸波材料的阻抗變換層和低阻抗諧振層的多層人工材料，對于疊層裝的超材料，可將傳統吸波材料作為填充材料填充到超材料結構中，以提高其吸波性能。傳統吸波材料主要包括有機高分子材料和無機粉體復合材料。相對于高分子材料，無機粉體復合材料具有更好的電磁特性，因此具有更廣泛的應用。在加工工藝上，高分子材料可以利用高分子相變注塑成型等加工工藝，而對于無機材料可以采用溶膠-凝膠(sol-gel)技術加工。但是溶膠-凝膠制備技術往往需要高溫燒結，影響加工精度，例如，在1000°C的高溫下，陶瓷基體和導體共燒，使用原有的金屬布線就會破壞銅和銀等導體的特性，使微結構陣列內部結構散亂，氣孔率上升，也會使阻抗增大。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種三維結構超材料的制備方法及三維結構超材料，能夠以復合化的工藝進行疊層，可提高加工精度，且工藝流程簡單。為解決上述技術問題，本發明一實施例提供了一種三維結構超材料的制備方法，包括將高分子材料與粉末狀無機材料均勻混合，獲得混合材料；將所述混合材料加壓成型出片狀；在片狀混合材料上形成一層銅箔；在所述銅箔上形成預設的微結構陣列圖形，獲得超材料板；對至少兩個所述超材料板進行疊層，獲得三維結構超材料。本發明另一實施例還提供了采用上述三維結構超材料的制備方法制備的三維結構超材料。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點采用復合材料工藝，將高分子材料與粉末狀無機材料混合，獲得混合材料，以該混合材料為襯底，制備超材料板，然后對至少兩個超材料板進行疊層，整個過程沒有燒結工藝，不需要考慮收縮率和基片變形等問題，因此可提高加工精度；根據復合化的特點，可以獲得所需電磁參數；另外由于加入了高分子材料，相對于無機材料，減輕了重量。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖I是本發明實施例一提供的一種三維結構超材料的制備方法流程圖；圖2是本發明實施例二提供的一種三維結構超材料的制備方法流程圖；圖3是本發明實施例三提供的一種三維結構超材料的制備方法流程圖；圖4是本發明實施例四提供的一種三維結構超材料的結構示意圖。·
具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例一、參見圖1，為本發明實施例一提供的一種三維結構超材料的制備方法流程圖，該方法包括如下步驟Sll :將高分子材料與粉末狀無機材料均勻混合，獲得混合材料。例如，高分子材料為樹脂；無機材料為微波陶瓷(CaO-MgO-SiO2)。S12 :將混合材料加壓成型出片狀。具體的，在預設的溫度下，將混合材料加壓成型，形成半固化片。其中預設的溫度是以能夠使混合材料呈半固化狀態進行設定的。S13 :在片狀混合材料上形成一層銅箔。S14 :在銅箔上形成預設的微結構陣列圖形，獲得超材料板。其中預設的微結構陣列圖形中的各微結構可以為軸對稱結構，包括“工”字形結構、“十”字形結構、或“王”字形結構；預設的微結構陳列圖形中的各微結構也可以為非軸對稱結構，包括“S”字形、不等邊三角形、平行四邊形或不規則閉合曲線。S15 :對至少兩個超材料板進行疊層，獲得三維結構超材料。具體的，將至少兩個超材料板進行熱壓，形成一體化的疊層。熱壓條件壓力為30kg/cm2至60kg/cm2,溫度為160°C至180°C,壓合時間為15分鐘至20分鐘。至此，完成對三維結構超材料的制備，在具體的實施過程中，還需按功能對三維結構超材料進行切割，制成具有超材料特性的功能模塊，此處不再贅述。本實施例中，采用復合材料工藝，將高分子材料與粉末狀無機材料混合，獲得混合材料，以該混合材料為襯底，制備超材料板，然后對至少兩個超材料板進行疊層，整個過程沒有燒結工藝，不需要考慮收縮率和基片變形等問題，因此可提高加工精度；根據復合化的特點，可以獲得所需電磁參數；另外由于加入了高分子材料，相對于無機材料，減輕了重量。
實施例二、參見圖2，為本發明實施例二提供的一種三維結構超材料的制備方法流程圖，該方法包括如下步驟S21 :將無機材料粉碎，得到粉末狀無機材料。例如，無機材料為微波陶瓷(CaO-MgO-SiO2)S22 :將高分子材料與粉末狀無機材料均勻混合，獲得混合材料。例如，高分子材料為樹脂。S23 :將混合材料加壓成型出半固化片狀。
具體的，在預設的溫度下，將混合材料加壓成型，形成半固化片。其中預設的溫度是以能夠使混合材料呈半固化狀態進行設定的。例如，在溫度為200°C的條件下將混合材料加壓成半固化片。S24 :在半固化片狀混合材料上壓合一層銅箔。其中壓合條件如下壓力為17kg/cm2至25kg/cm2，溫度為190°C至200°C，沖壓時間為Imin至-2min。例如，在壓力為20kg/cm2，溫度為195°C、沖壓時間為I分鐘的條件下，在片狀混合材料上壓合一層銅箔。S25 :在銅箔上涂敷一層抗蝕劑材料。其中，抗蝕劑材料可以為光刻膠，也可以為除光刻膠以外的其它抗蝕劑材料。S26:對抗蝕劑材料進行光刻，在抗蝕劑材料上形成預設的微結構陣列圖形。其中預設的微結構陣列圖形中的各微結構可以為軸對稱結構，包括“工”字形結構、“十”字形結構、或“王”字形結構；預設的微結構陳列圖形中的各微結構也可以為非軸對稱結構，包括“S”字形、不等邊三角形、平行四邊形或不規則閉合曲線。S27:將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形刻蝕到銅箔上，獲得超材料板。其中，超材料板以片狀混合材料為襯底，該襯底上方有一層具有微結構陣列圖形的銅箔。S28 :對至少兩個超材料板進行疊層，獲得三維結構超材料。具體的，將至少兩個超材料板進行熱壓，形成一體化的疊層。熱壓條件壓力為30kg/cm2至60kg/cm2,溫度為160°C至180°C,壓合時間為15分鐘至20分鐘。例如,在壓力為50kg/cm2，溫度為175°C、沖壓時間為17分鐘的條件下，將各層超材料板熱壓形成一體化
的疊層。至此，完成對三維結構超材料的制備，在具體的實施過程中，還需按功能對三維結構超材料進行切割，制成具有超材料特性的功能模塊，此處不再贅述。本實施例相對實施例一，首先對無機材料進行粉碎，得到粉末狀的無機材料 ’另夕卜，在片狀混合材料上形成一層銅箔時采用壓合的方式。實施例三、參見圖3，為本發明實施例三提供的一種三維結構超材料的制備方法流程圖，該方法包括如下步驟S31 :將無機材料粉碎，得到粉末狀無機材料。例如，無機材料為微波陶瓷(CaO-MgO-SiO2)S32 :將高分子材料與粉末狀無機材料均勻混合，獲得混合材料。
例如，高分子材料為樹脂。S33 :將混合材料加壓成型出半固化片狀。具體的，在預設的溫度下，將混合材料加壓成型，形成半固化片。其中預設的溫度是以能夠使混合材料呈半固化狀態進行設定的。例如，在溫度為200°C的條件下將混合材料加壓成半固化片。S34 :在片狀混合材料上采用高分子材料粘結一層銅箔。例如，采用液態狀的環氧樹脂在片狀混合材料上粘結一層銅箔。S35 :在銅箔上涂敷一層抗蝕劑材料。其中，抗蝕劑材料可以為光刻膠，也可以為除光刻膠以外的其它抗蝕劑材料。
S36:對抗蝕劑材料進行光刻，在抗蝕劑材料上形成預設的微結構陣列圖形。其中預設的微結構陣列圖形中的各微結構可以為軸對稱結構，包括“工”字形結構、“十”字形結構、或“王”字形結構；預設的微結構陳列圖形中的各微結構也可以為非軸對稱結構，包括“s”字形、不等邊三角形、平行四邊形或不規則閉合曲線。S37:將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形蝕刻到銅箔上，獲得超材料板。其中，超材料板以片狀混合材料為襯底，該襯底上方有一層具有微結構陣列圖形的銅箔。S38 :對至少兩個超材料板進行疊層，獲得三維結構超材料。具體的，將至少兩個超材料板進行熱壓，形成一體化的疊層。熱壓條件壓力為30kg/cm2至60kg/cm2,溫度為160°C至180°C,壓合時間為15分鐘至20分鐘。例如,在壓力為50kg/cm2，溫度為175°C、沖壓時間為17分鐘的條件下，將各層超材料板熱壓形成一體化
的疊層。至此，完成對三維結構超材料的制備，在具體的實施過程中，還需按功能對三維結構超材料進行切割，制成具有超材料特性的功能模塊，此處不再贅述。本實施例相對于實施例二，采用粘結的方式，以高分子材料作為粘結劑，在片狀混合材料上粘結一層銅箔；另外，采用濕法蝕刻的方式，將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形蝕刻到銅箔上。在具體的實施過程中，可根據所需選擇適合的實施例。實施例四、參見圖4，為本發明實施例四提供的一種三維結構超材料的結構示意圖，該三維結構超材料包括至少兩層襯底41，該襯底由高分子材料與粉末狀無機材料組成；以及位于各層襯底上具有微結構陳列圖形的銅箔42。其中微結構陣列圖形中的各微結構可以為軸對稱結構，包括“工”字形結構、“十”字形結構、或“王”字形結構；微結構陳列圖形中的各微結構也可以為非軸對稱結構，包括“S”字形、不等邊三角形、平行四邊形或不規則閉合曲線。本實施例中，由高分子材料與粉末狀無機材料組成，根據復合化的特點，可以獲得所需電磁參數；另外由于加入了高分子材料，相對于無機材料，減輕了重量。以上對本發明實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發 明的限制。
權利要求
1.一種三維結構超材料的制備方法，其特征在于，包括 將高分子材料與粉末狀無機材料均勻混合，獲得混合材料； 將所述混合材料加壓成型出片狀； 在片狀混合材料上形成一層銅箔； 在所述銅箔上形成預設的微結構陣列圖形，獲得超材 料板； 對至少兩個所述超材料板進行疊層，獲得三維結構超材料。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法之前還包括 將無機材料粉碎，得到粉末狀無機材料。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，在所述銅箔上形成預設的微結構陣列圖形，具體包括 在所述銅箔上涂敷一層抗蝕劑材料； 對抗蝕劑材料進行光刻，在抗蝕劑材料上形成預設的微結構陣列圖形； 將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形轉移到所述銅箔上。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在片狀混合材料上形成一層銅箔，包括 在片狀混合材料上壓合一層銅箔。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在片狀混合材料上形成一層銅箔，包括 在片狀混合材料上采用高分子材料粘結一層銅箔。
6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形轉移到所述銅箔上，包括 將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形刻蝕到所述銅箔上。
7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形轉移到所述銅箔上，包括 將抗蝕劑材料上的微結構陣列圖形蝕刻到所述銅箔上。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述微結構陣列圖形中的各微結構為軸對稱結構，包括“工”字形結構、“十”字形結構、或“王”字形結構。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述微結構陳列圖形中的各微結構為非軸對稱結構，包括“s”字形、不等邊三角形、平行四邊形或不規則閉合曲線。
10.一種三維結構超材料，其特征在于，包括采用權利要求I至9任意一項所述的方法制備的超材料。
全文摘要
本發明實施例提供了一種三維結構超材料的制備方法，包括將高分子材料與粉末狀無機材料均勻混合，獲得混合材料；將所述混合材料加壓成型出片狀；在片狀混合材料上形成一層銅箔；在所述銅箔上形成預設的微結構陣列圖形，獲得超材料板；對至少兩個所述超材料板進行疊層，獲得三維結構超材料。本發明另一實施例還提供了一種三維結構超材料。通過本發明實施例，可提高加工精度，且工藝流程簡單。
文檔編號H01Q15/00GK102904047SQ20111021539
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月29日 優先權日2011年7月29日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 王書文, 王文劍 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司