[發明專利]一種介質基板的制備方法及超材料

有效

• 申請號: 201110336502.8
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN103086746A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 劉若鵬;趙治亞;繆錫根;李雪
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及超材料領域，具體地涉及超材料介質基板材料的制備技術。

【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，陣列在介質基板上的多個人造微結構具有特定的電磁特性，能對電場或磁場產生電磁響應，通過對人造微結構的結構和排列規律進行精確設計可以控制超材料各個基本單元的等效介電常數和等效磁導率，從而使超材料呈現出各種一般材料所不具有的電磁特性，如能匯聚、發散和偏折電磁波等。

現有的超材料人造微結構一般為金屬材料，而介質基板一般采用有機樹脂基板，介質基板的介電常數大小一般為均勻分布，對于超材料的某些應用而言，需要介質基板的介電常數大小呈非均勻的分布，并且該非均勻分布的規律需要人為可控，這成為現有技術亟待解決的技術問題。

【發明內容】

本發明提供一種介質基板的制備方法以及具有該介質基板的超材料，以實現超材料介質基板的介電常數大小呈非均勻分布。

本發明實現發明目的采用的技術方案是，一種介質基板的制備方法，包括以下步驟：

a.制備具有多孔結構的鈦酸鍶鋇陶瓷基板；

b.將硅源加入到乙醇和水的混合溶劑中，混合均勻后，調節pH值，得到二氧化硅溶膠，在形成凝膠之前將所述二氧化硅溶膠注入到所述鈦酸鍶鋇陶瓷基板的多孔結構中；

c.靜置使所述二氧化硅溶膠老化形成凝膠，以乙醇或丙酮作為置換劑，去除所述凝膠內的水；

d.將乙醇或丙酮進行干燥，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基板。

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或無機鋇源、有機或無機鍶源、有機或無機鈦源按照Ba_(1-x)Sr_xTiO₃的化學計量比混合，其中x為0-1之間的任意實數；

a2、在上述混合物中加入粘結劑和造孔劑，采用流延成型的方法制得陶瓷生坯；

a3、將所述陶瓷生坯在還原性氣氛中以1200-1500℃的高溫進行燒結，得到具有多孔結構的鈦酸鍶鋇陶瓷基板。

具體地，通過控制所述造孔劑的含量，使所述鈦酸鍶鋇陶瓷基板形成具有不同的孔隙率。

具體地，所述造孔劑為所述混合物體積比的10-50％。

具體地，所述造孔劑為淀粉或碳粉。

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，所述粘結劑為聚乙烯醇縮丁醛。

具體地，所述還原性氣氛為空氣或體積分數為5％氫氣和95％氮氣的混合氣體氣氛。

具體地，所述混合物中還添加有增塑劑和分散劑，所述增塑劑和分散劑以乙醇或甲苯為溶劑。

具體地，所述增塑劑為聚乙烯醇，所述分散劑為磷酸酯。

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，調節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。

本發明還提供一種超材料，包括介質基板以及陣列在介質基板上的多個人造微結構，所述介質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多孔結構，所述多孔結構內填充有二氧化硅氣凝膠。

本發明的有益效果是：