[發(fā)明專利]一種超材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210050277.6
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN103296433B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉若鵬;季春霖;岳玉濤;李雪;胡峰;林云燕
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q15/02
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發(fā)明屬于人工復合材料領域，尤其涉及一種超材料。

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(zhì)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(guī)律的限制，從而或得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。超材料通常包括基板及周期排布在基板上的多個人造微結構，每一人造微結構與其附著的那部分基板可以看做是一個超材料單元。超材料的性質(zhì)和功能由基板的特性及周期排布在基板上的人造微結構的特性共同決定。對應于特定頻率的電磁波，每一超材料單元表現(xiàn)出一個等效介電常數(shù)與磁導率，而這兩個物理參數(shù)分別對應了材料的電場響應與磁場響應。

目前超材料結構的實現(xiàn)主要還是以在PCB板(例如FR-4、F4b)上制作金屬線完成，PCB所采用的基板含膠量一般在50％左右，密度1.6左右，因此用多層板壓合得到的超材料重量較重，現(xiàn)在大部分電磁產(chǎn)品都有輕量化的要求，因此降低超材料的密度具有很高的實際意義。

同時目前市售的PCB基板因里面含有大量的增強纖維，介電損耗較大。并且FR-4、F4b等此類材料制成的基板介電常數(shù)一般在2以上。以此為基板的超材料通常介電常數(shù)較大。

為了實現(xiàn)降低介電常數(shù)(折射率)的目的，可以在兩層超材料板之間引入空氣間隔層，使間隔層稱為超材料的一部分，進而實現(xiàn)降低介電常數(shù)(折射率)的目的。但由于基板比較薄，在自身重力作用下會發(fā)生下凹變形，從而導致空氣層的厚度不均勻，與設計值偏差較大，進而造成目標性能的偏差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種介電常數(shù)較小且介電損耗較小的超材料。

本發(fā)明為解決上述的技術問題所采用的技術方案是：一種超材料，包括多個平行設置的超材料片層，每一個超材料片層包括基板及周期排布在基板上的多個人造微結構，所述超材料還包括設置在相鄰兩個超材料片層之間的至少一個環(huán)形支撐體。

進一步地，所述環(huán)形支撐體由熱塑性樹脂或其改性材料制得，所述熱塑性樹脂材料為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、特氟龍或熱塑性有機硅。

進一步地，所述環(huán)形支撐體由熱固性樹脂或其改性材料制得，所述熱固性樹脂材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂聚氨酯、酚醛或熱固性有機硅。

進一步地，所述環(huán)形支撐體為圓環(huán)、方環(huán)或三角環(huán)。

進一步地，所述相鄰兩個超材料片層之間設置有多個形狀相同的環(huán)形支撐體，并且多個環(huán)形支撐體的中心點均與基板的中心點重合。

進一步地，所述基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。

進一步地，所述人造微結構為金屬微結構，所述金屬微結構由一條或多條金屬線組成，所述金屬線為銅線或銀線。

進一步地，所述人造微結構為平面雪花狀的金屬微結構，所述金屬微結構具有相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個第一金屬分支的中點上，所述第二金屬線兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個第二金屬分支的中點上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長度相等。

進一步地，所述基板上的多個金屬微結構通過如下方法得到：

S1、利用熱熔膠在基板表面粘貼預定厚度的金屬薄層；

S2、通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到多個金屬微結構。

進一步地，所述金屬薄層的厚度為0.005-0.1mm，熱熔膠的厚度為0.01-0.2mm，所述基板的厚度為0.1-5mm，所述環(huán)形支撐體的厚度為0.1-5mm，所述環(huán)形支撐體的壁厚小于等于設計波長的十分之一。

根據(jù)本發(fā)明的超材料，在多個超材料片層之間設置環(huán)形支撐體，可以通過控制環(huán)形支撐體的形狀、排布來控制空氣在超材料中的比重，從而得到想要的介電常數(shù)的超材料，同時，相比單純填充空氣，利用環(huán)形支撐體支撐在相鄰的兩個超材料片層之間，可以對超材料片層起到支撐作用，防止超材料片層由于自重所產(chǎn)生的變形。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的超材料的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的超材料片層的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的平面雪花狀的金屬微結構的示意圖；

圖4是圖3所示的平面雪花狀的金屬微結構的一種衍生結構；

圖5是圖3所示的平面雪花狀的金屬微結構的一種變形結構；

圖6為本發(fā)明的超材料片層中金屬薄層、熱熔膠及基板三者的疊加示意圖；