[發(fā)明專利]一種介質(zhì)基板的制備方法及超材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110296127.9
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN103036052A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉若鵬;趙治亞;繆錫根;李雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）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
• 主分類號(hào): H01Q15/00
• 分類號(hào): H01Q15/00
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• 代理人: 暫無信息

【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(jì)，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(jì)和合成超材料，人們進(jìn)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(shí)現(xiàn)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ同時(shí)為負(fù)的雙負(fù)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(shí)現(xiàn)了二維的雙負(fù)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(gè)人造微結(jié)構(gòu)組成，陣列在介質(zhì)基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性，能對(duì)電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁響應(yīng)，通過對(duì)人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進(jìn)行精確設(shè)計(jì)可以控制超材料各個(gè)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(jī)樹脂基板，介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小一般為均勻分布，對(duì)于超材料的某些應(yīng)用而言，需要介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小呈非均勻的分布，并且該非均勻分布的規(guī)律需要人為可控，這成為現(xiàn)有技術(shù)亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提供一種介質(zhì)基板的制備方法以及具有該介質(zhì)基板的超材料，以實(shí)現(xiàn)超材料介質(zhì)基板的介電常數(shù)大小呈非均勻分布。

本發(fā)明實(shí)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.制備鈦酸鍶鋇陶瓷基板，通過機(jī)械刻槽的方法在鈦酸鍶鋇陶瓷基板上加工出凹槽結(jié)構(gòu)；

b.將硅源加入到乙醇和水的混合溶劑中，混合均勻后，調(diào)節(jié)pH值，得到溶膠，在形成凝膠之前將所述溶膠注入到所述鈦酸鍶鋇陶瓷基板的凹槽結(jié)構(gòu)中；

c.靜置使所述溶膠老化形成凝膠，以乙醇或丙酮作為置換劑，去除所述凝膠內(nèi)的水；

d.將乙醇或丙酮進(jìn)行干燥，使所述凝膠形成多孔硅石氣凝膠，得到以所述鈦酸鍶鋇陶瓷基板為基體并填充有多孔硅石氣凝膠的介質(zhì)基板。

具體地，所述步驟a的具體制備方法如下：

a1、將用于制備鈦酸鍶鋇的有機(jī)或無機(jī)鋇源、有機(jī)或無機(jī)鍶源、有機(jī)或無機(jī)鈦源按照Ba_(1-x)Sr_xTiO₃的化學(xué)計(jì)量比混合，其中x為0-1之間的任意實(shí)數(shù)；

a2、在上述混合物中加入粘結(jié)劑，采用流延成型的方法制得陶瓷生坯，通過機(jī)械刻槽的方法在所述陶瓷生坯上加工出凹槽結(jié)構(gòu)；

a3、將所述陶瓷生坯在還原性氣氛中以1200-1500℃的高溫進(jìn)行燒結(jié)，得到具有凹槽結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶鋇陶瓷基板。

具體地，所述鋇源為碳酸鋇，所述鍶源為碳酸鍶、所述鈦源為二氧化鈦。

具體地，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛。

優(yōu)選地，所述凹槽結(jié)構(gòu)為條形或圓環(huán)形凹槽。

具體地，所述還原性氣氛為空氣或或體積分?jǐn)?shù)為5％氫氣和95％氮?dú)獾幕旌蠚怏w氣氛。

具體地，所述步驟b中，所述混合溶膠劑中還加入有干燥控制劑，所述干燥控制劑為甲酰胺和乙二醇。

具體地，所述硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶膠或水玻璃。

具體地，所述b步驟中，調(diào)節(jié)pH值為2-4或11-13。

具體地，所述b步驟中，所述混合溶劑中還加入二氧化鈦粉體或玻璃纖維作為添加劑。

更好地，所述c步驟中，去除所述凝膠內(nèi)的水后還包括：用表面修飾劑對(duì)所述凝膠進(jìn)行疏水處理。

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(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板以鈦酸鍶鋇陶瓷基板為基體，所述鈦酸鍶鋇陶瓷基板上具有凹槽結(jié)構(gòu)，所述凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有多孔硅石氣凝膠。

優(yōu)選地，所述所述凹槽結(jié)構(gòu)為條形或圓環(huán)形凹槽。

更好地，所述凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)置有多個(gè)，所述多個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)呈一定的間隔距離依次排列。

本發(fā)明的有益效果是：