專利名稱：一種超材料微結構及其制備方法
一種超材料微結構及其制備方法
技術領域：
本發明涉及超材料領域，尤其涉及一種超材料微結構及其制備方法。
背景技術：
超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料。通過在材料的關鍵物理尺度上的結構有序設計，可以突破某些表觀自然規律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。超材料的性質和功能主要來自于其內部的結構而非構成它們的材料，因此，為設計和合成超材料，人們進行了很多研究工作。2000年，加州大學的Smith等人指出周期性排列的金屬線和開環共振器(SRR)的復合結構可以實現介電常數ε和磁導率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復合結構實現了二維的雙負材料。超材料的基本結構由介質基板以及陣列在介質基板上的多個人造微結構組成，目前制備超材料微結構的技術主要有:傳統的濕法蝕刻工藝和噴墨打印導電油墨的工藝。濕法蝕刻工藝:即通過曝光、顯影、腐蝕等工藝過程，在覆銅基板上制備出線路或超材料的導電微結構。但這種工藝有以下缺點:工藝復雜，制造周期長；設備昂貴，前期投入大；銅的利用效率低，過程中有大量的廢液產生，生產過程耗能高。噴墨打印工藝:即直接通過噴墨打印機將通過特殊配置的導電油墨噴印到各種基材上，再通過低溫燒結(一般低于200°C )，就可得到所需的導電線路或超材料微結構。這種工藝相對傳統的濕法蝕刻工藝有很多優勢，比如成本低、效率高、綠色環保等，將來很有可能會逐漸取代傳統的濕法蝕刻工藝。但在目前，噴墨打印工藝仍然存在一些不足之處:工藝還不成熟、導電層厚度分布均勻性較難控制、線路邊緣不夠光滑、線寬難做小等等。
發明內容本發明所要解決的技術問題是:針對濕法蝕刻工藝和噴墨打印工藝的不足之處，采用紫外激光直接固化紫外光固化導電膠的方法制備超材料的微結構。本發明實現發明目的采用的技術方案是，一種超材料微結構的制備方法，所述的方法包括以下步驟:a、將一定量的銅粉、金粉、銀粉或鋁粉顆粒加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠；b、采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜；C、紫外激光根據預制圖形在步驟b中的基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化。所述的步驟還包括:d、洗掉基材上沒有被固化的紫外光固化導電膠。所述的步驟進一步包括:e、將固化有圖形的基材在溫度為100-200°C的環境中燒結，得到所需超材料的微結構。所述的銅粉、金粉、銀粉或鋁粉顆粒的尺寸為納米量級。
所述的紫外光固化導電膠薄膜的厚度為幾個微米到幾十個微米。根據實際需要控制所述紫外光固化導電膠薄膜的厚度。所述的預制圖形由紫外激光控制器編排或由外部導入紫外激光控制器控制。一種超材料微結構，包括以上任意一項所述的方法制備的超材料微結構。所述的微結構由銅、金、銀或鋁制成。所述的微結構圖形由紫外激光控制器編排或由外部導入紫外激光控制器控制。本發明的有益效果為:采用紫外激光直接固化紫外光固化導電膠的方法制備超材料的微結構，可獲得的線寬小、線形好，并且精度高、工藝簡單，適合大規模應用。
附圖明書
圖1為本發明的流程示意圖；圖2為本發明實施例1的流程示意圖；圖3為本發明實施例2的流程示意圖；圖4為本發明實施例3的流程示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。一種超材料微結構的制備方法，所述的方法包括以下步驟:如圖1所示，a、將一定量的納米銅粉、納米金粉、納米銀粉或納米鋁粉顆粒加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠；b、采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜，根據實際需要控制所述紫外光固化導電膠薄膜的厚度，一般為幾個微米到幾十個微米；C、紫外激光根據紫外激光控制器編排或由外部導入紫外激光控制器控制的預制圖形在步驟b中的基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化，所述的圖形可以是軸對稱圖形或非軸對稱圖形；d、洗掉基材上沒有被固化的紫外光固化導電膠；e、將固化有圖形的基材在溫度為100-200°C的環境中燒結，得到所需超材料的微結構。紫外光固化膠是指必須在具有較高能量密度的紫外線光的照射下才能固化的有機膠狀混合物，在普通環境中下一般不會固化。這類紫外光固化膠一般由丙烯酸酯類預聚物(又稱寡聚體)、活性單體和紫外線光引發劑構成。沒有合適的紫外線照射，光引發劑就不會發生作用，因而無法使預聚物聚合，也就不會產生固化。不同的光引發劑吸收的紫外光波段不同。紫外光是指波長在IOOnm 400nm之間的電磁波，由于臭氧層的吸收，波長在290nm以下的紫外光不能到達地面,能到達地面的紫外線波長在290nm 380nm范圍。一般的準分子激光器產生的激光都是紫外激光，如KrF(248nm)、ArF(193nm)、F2 (157nm)等，這類激光的輸出方式一般為脈沖式。另外還有固體紫外激光器，其輸出方式有脈沖的，也有連續的。連續的紫外激光源較適合用于紫外光固化膠的固化。不同的光引發劑在紫外光區域內，都有一個最大吸收峰，在最大吸收峰處，引發劑的引發效率最高，從而固化膠的固化速度也最快。因此，針對不同的紫外激光源，要選擇不同的光引發劑。采用紫外激光直接固化紫外光固化導電膠的方法制成的超材料微結構的線寬小、線形好，并且精度高、工藝簡單，適合大規模應用。實施例一:如圖2所示，a、將一定量的納米銅粉加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠，該紫外光固化膠固化所需的紫外光由型號為KrF(248nm)的準分子激光器產生；b、采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜，厚度為十個微米；C、紫外激光根據紫外激光控制器編排的預制好的“工”字型圖形在步驟b中的基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化；d、洗掉基材上沒有被固化的紫外光固化導電膠；e、將固化有“工”字型圖形的基材在溫度為150°C的環境中燒結，得到所需超材料的微結構。 應當理解，預制的圖形也可以是“工”字型的衍生。實施例二:如圖3所示，a、將一定量的納米銀粉加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠，該紫外光固化膠固化所需的紫外光由型號為ArF(193nm)的準分子激光器產生；b、采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜，厚度為15個微米；C、紫外激光根據紫外激光控制器編排的預制好的“雪花”圖形在步驟b中的基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化；d、洗掉基材上沒有被固化的紫外光固化導電膠；e、將固化有“雪花”圖形的基材在溫度為125°C的環境中燒結，得到所需超材料的
微結構。實施例三:如圖4所示，a、將一定量的納米銅粉加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠，該紫外光固化膠固化所需的紫外光由型號為F2(157nm)的準分子激光器產生；b、采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜，厚度為十二個微米；C、紫外激光根據紫外激光控制器編排的預制好的“工”字型圖形在步驟b中的基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化；d、洗掉基材上沒有被固化的紫外光固化導電膠；e、將固化有“工”字型圖形的基材在溫度為175°C的環境中燒結，得到所需超材料的微結構。在上述實施例中，僅對本發明進行了示范性描述，但是本領域技術人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發明的精神和范圍的情況下對本發明進行各種修改。
權利要求
1.一種超材料微結構的制備方法，其特征在于:所述的方法包括以下步驟: a、將一定量的銅粉、金粉、銀粉或鋁粉顆粒加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠； b、采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜； C、紫外激光根據預制圖形在步驟b中的基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化。
2.根據權利要求1所述的超材料微結構的制備方法，其特征在于:所述的步驟還包括:d、洗掉基材上沒有被固化的紫外光固化導電膠。
3.根據權利要求2所述的超材料微結構的制備方法，其特征在于:所述的步驟進一步包括:e、將固化有圖形的基材在溫度為100-200°C的環境中燒結，得到所需超材料的微結構。
4.根據權利要求1所述的超材料微結構的制備方法，其特征在于:所述的銅粉、金粉、銀粉或招粉顆粒的尺寸為納米量級。
5.根據權利要求1所述的超材料微結構的制備方法，其特征在于:所述的紫外光固化導電膠薄膜的厚度為幾個微米到幾十個微米。
6.根據權利要求5所述的超材料微結構的制備方法，其特征在于:根據實際需要控制所述紫外光固化導電膠薄膜的厚度。
7.根據權利要求1所述的超材料微結構的制備方法，其特征在于:所述的預制圖形由紫外激光控制器編排或由外部導入紫外激光控制器控制。
8.一種超材料微結構，其特征在于:包括權利要求1-7任意一項所述的方法制備的超材料微結構。
9.根據權利要求8所述的超材料微結構，其特征在于:所述的微結構由銅、金、銀或鋁制成。
10.根據權利要求8所述的超材料微結構，其特征在于:所述的微結構圖形由紫外激光控制器編排或由外部導入紫外激光控制器控制。
全文摘要
本發明提供一種超材料微結構及其制備方法，將一定量的銅粉、金粉、銀粉或鋁粉加入到紫外光固化膠中均勻混合，獲得紫外光固化導電膠；采用刮膜技術在基材上形成一層紫外光固化導電膠薄膜；紫外激光根據預制圖形在基材上進行掃描，使基材上的紫外光固化導電膠固化。采用紫外激光直接固化紫外光固化導電膠的方法制備超材料的微結構，可獲得的線寬小、線形好，并且精度高、工藝簡單，適合大規模應用。
文檔編號H01B13/00GK103094698SQ201110337758
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 金曦, 楊學龍 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