[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料的制備方法及超材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210050935.1
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102718981A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉若鵬;趙治亞;郭潔;楊學(xué)龍
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L81/06;C08L27/16;C08L1/12;C08L77/00;C08L33/20;C08K3/22;C08K3/36;C08K3/34;B32B5/00;B32B37/06;B32B37/10;H01Q15/00
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【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)基板的制備工藝。

【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，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)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)組成，陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性，能對電場或磁場產(chǎn)生電磁響應(yīng)，通過對人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進(jìn)行精確設(shè)計可以控制超材料各個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，有機(jī)樹脂基板一般是以玻璃纖維布為增強(qiáng)材料的環(huán)氧樹脂基板，或者為具有較高介電常數(shù)的陶瓷基板，環(huán)氧樹脂基板雖然具有較好的機(jī)械性能，但是由于其介電常數(shù)較低，僅僅能應(yīng)用在某些介電常數(shù)要求低的領(lǐng)域，陶瓷材料雖然能在很大范圍內(nèi)滿足介電常數(shù)的要求，但是其機(jī)械性能較差，且介電常數(shù)的大小完全取決于材料本身，無法根據(jù)超材料的設(shè)計需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，不論是現(xiàn)有的環(huán)氧樹脂基板還是陶瓷基板，均不能很好地滿足超材料的功能設(shè)計需要。

同時，現(xiàn)有的有機(jī)高分子-氧化物陶瓷復(fù)合材料通常由環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚四氟乙烯等介電常數(shù)較低、損耗較大的高分子材料與介電常數(shù)較大、但損耗也較高的鐵電陶瓷顆粒組成。為了保證材料的可加工性，樹脂的含量不能太低，即使高介電常數(shù)的鐵電陶瓷的含量不能太高，這就導(dǎo)致復(fù)合材料的介電常數(shù)不能做得很高。同時，樹脂組分和鐵電陶瓷組分的高損耗也決定了復(fù)合材料的高損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種復(fù)合材料的制備方法以及應(yīng)用該復(fù)合材料的超材料。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

a.選擇用于沉浸凝膠相轉(zhuǎn)化法制備有機(jī)高分子膜的有機(jī)高分子材料，將有機(jī)高分子材料溶解于第一溶劑中，形成有機(jī)高分子溶液；

b.將所述有機(jī)高分子溶液均勻涂覆在一支撐體表面，得到液態(tài)有機(jī)高分子膜；

c.在第二溶劑中加入陶瓷顆粒，混合均勻得到分散液，所述第二溶劑不能溶解所述有機(jī)高分子材料且能與所述第一溶劑互溶；

d.將所述支撐體連同所述液態(tài)有機(jī)高分子膜一起浸入到所述分散液中，所述液態(tài)有機(jī)高分子膜經(jīng)沉浸凝膠相轉(zhuǎn)化后形成固態(tài)有機(jī)高分子膜；

e.將得到的固態(tài)有機(jī)高分子膜干燥，得到復(fù)合材料。

優(yōu)選地，該復(fù)合材料的制備方法還包括：通過控制所述分散液中陶瓷顆粒的加入量，使復(fù)合材料的介電常數(shù)達(dá)到預(yù)定的值。

優(yōu)選地，所述e步驟后還包括獲得多層所述固態(tài)有機(jī)高分子膜，將多層固態(tài)有機(jī)高分子膜進(jìn)行熱壓合，得到具有預(yù)定厚度的復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述有機(jī)高分子材料為聚砜類樹脂、聚偏氟乙烯、醋酸纖維素、聚酰胺樹脂或聚丙烯腈。

優(yōu)選地，所述第一溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亞砜。

優(yōu)選地，所述第二溶劑為水、乙醇或丙酮。

優(yōu)選地，所述陶瓷顆粒為納米級的二氧化鈦顆粒、氧化鋁顆粒、二氧化硅顆粒、碳化硅顆粒或氮化硅顆粒。

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)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)基板為內(nèi)部均勻分散有陶瓷顆粒的有機(jī)高分子膜。

優(yōu)選地，所述陶瓷顆粒為納米級的二氧化鈦顆粒、氧化鋁顆粒、二氧化硅顆粒、碳化硅顆粒或氮化硅顆粒。

優(yōu)選地，所述有機(jī)高分子膜的有機(jī)高分子材料為聚砜類樹脂、聚偏氟乙烯、醋酸纖維素、聚酰胺樹脂或聚丙烯腈。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板包括有多層所述有機(jī)高分子膜，所述多層有機(jī)高分子膜通過熱壓壓合的方法層疊粘合。