[發明專利]一種超材料

有效

• 申請號: 201210050478.6
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN103296439B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 劉若鵬;季春霖;岳玉濤;李雪
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 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，從而或得超出自然界固有的普通性質的超常材料功能。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出一個等效介電常數與磁導率，而這兩個物理參數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，現在大部分電磁產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一般在2以上。以此為基板的超材料通常介電常數較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種介電常數較小且介電損耗較小的超材料。

本發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，由至少一個超材料片層疊加形成，每一個超材料片層包括基板、空板及設置在基板與空板之間的呈周期排布的多個人造微結構，所述空板開設有周期排布的多個微孔。

進一步地，所述空板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，所述空板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，所述微孔為圓孔、方孔或三角形孔。

進一步地，所述空板孔隙率為10-90％。

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，所述空板的厚度為0.1-5mm。

根據本發明的超材料，空板通過開設多個微孔來降低自身的介電常數與介電損耗，可以通過控制微孔的形狀、排布來控制空板的孔隙率，從而得到想要的介電常數的基板，從而控制超材料片層的介電常數，以此得到介電常數較小且介電損耗較小的超材料片層。并且在磁導率不變的情況下，相當于降低了空板及超材料片層的折射率。

附圖說明

圖1為本發明的超材料片層的結構示意圖；

圖2為本發明的超材料片層去掉空板以后的結構示意圖；

圖3是本發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；

圖7為本發明的多個超材料片層疊加形成超材料的示意圖；

圖8為本發明第一種形式的空板；

圖9為本發明第一種形式的空板其CST仿真圖；

圖10為本發明第二種形式的空板；

圖11為本發明第二種形式的空板其CST仿真圖；

圖12為本發明第三種形式的空板；

圖13為本發明第三種形式的空板其CST仿真圖；

圖14為本發明第四種形式的空板；