[發明專利]一種介質陶瓷及制備方法、制備的超材料

在審

• 申請號: 201210093561.1
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN103360072A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉若鵬;徐冠雄;繆錫根;安娜·瑪麗亞·勞拉·博卡內格拉
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622
• 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，尤其涉及一種介質陶瓷及制備方法、制備的超材料。

【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，杜克大學的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。

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，有機樹脂基板材料的介電常數一般為3～5之間，而對于超材料的某些應用而言，往往需要比較高的介電常數材料作為介質基板，在滿足各種機械性能的同時，很難尋找到合適的材料。

但是如果使用一些高介電常數、低損耗的材料，制備的產品機械性能不僅良好、致密、均勻，也可以制備成不同的形狀來滿足工業上的需求；

市面上的介質陶瓷材料包括鈦酸鋇和一些氧化物，雖然該介質陶瓷材料制備的基板的介電常數比較高、損耗比較低，但達不到超材料對高介電常數(例如大于35)的要求。

【發明內容】

本發明所要解決的第一個技術問題是：提供一種介質陶瓷，該介質陶瓷制成的基板介電常數高、損耗低；

本發明所要解決的第二個技術問題是：利用該介質陶瓷制成的基板作為超材料的基板，從而使得超材料的介電常數高、損耗低。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種介質陶瓷，其組成式為xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃，系數x、y、z、m及n滿足下述式，

0.14≤x≤0.34、

0.01≤y≤0.10、

0.25≤z≤0.55、

0.05≤m≤0.38、

0.06≤n≤0.25。

一種介質陶瓷的制備方法，將組成式為xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃且系數x、y、z、m及n滿足下述式的粉體進行濕式混合后，在壓強為180～250MPa、溫度為1100℃～1300℃條件下燒結2～4小時而成，

0.14≤x≤0.34、

0.01≤y≤0.10、

0.25≤z≤0.55、

0.05≤m≤0.38、

0.06≤n≤0.25。

一種超材料，包括基板和附著在所述基板上的微結構，所述基板上述的介質陶瓷制成，所述介質陶瓷的組成式為xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃，系數x、y、z、m及n滿足下述式，

0.14≤x≤0.34、

0.01≤y≤0.10、

0.25≤z≤0.55、

0.05≤m≤0.38、

0.06≤n≤0.25。

本發明的有益效果為：超材料基板由介質陶瓷制成，該介質陶瓷由MgO-ZnO-TiO₂-CaO-Nd₂O₃組成，利用該介質陶瓷制備的基板介電常數可以達到40左右，損耗的正切角可以降低到0.0002左右；并且制備出的基板致密、均勻、機械性能良好，可以廣泛應用在超材料上，作為超材料的基板。

【具體實施方式】

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

一種超材料，包括基板和附著在基板上的微結構，該基板由介質陶瓷制成，介質陶瓷的組成式為xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃，且系數x、y、z、m及n滿足下述式：

0.14≤x≤0.34、0.01≤y≤0.10、0.25≤z≤0.55、0.05≤m≤O.38、0.06≤n≤0.25。