[發明專利]一種三維超材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210222170.5
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102769200A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 劉若鵬;趙治亞;繆錫根;熊曉磊
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 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，尤其涉及一種三維超材料及其制備方法。

【背景技術】

超材料是近十年來發展起來的對電磁波起調制作用的材料。超材料一般是由一定數量的金屬微結構附在具有一定力學、電磁學的基板上，這些具有特定圖案和材質的微結構會對經過其身的特定頻段的電磁波產生調制作用。

目前的超材料大多是高分子基超材料且多為二維平面結構。一些所謂的三維超材料也只是由二維平面超材料規則地架設或彎曲成三維器件，其中金屬微結構也還是平面的居多，很少一部分與規則曲面基底共形。高分子基超材料的強度不高、介電性能和損耗大多數也滿足不了超材料對其性能的要求。而陶瓷損耗低、強度高是做為超材料基材的最佳選擇；用陶瓷作為基材，并且是曲面陶瓷和金屬微結構復合的這種三維超材料有待進一步研究。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是：提供一種利用投影光刻的方法制備三維超材料。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種三維超材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

在曲面基材的內壁鍍銅，再在銅層表面旋涂或噴涂一層光刻膠；

根據曲面基材內壁金屬微結構的排布的逆向光路投影的仿真結果制備光刻掩膜板；

將制備好的光刻掩膜板覆蓋在所述曲面基材涂有光刻膠的區域，然后進行光刻，獲得所需的金屬微結構，制成三維超材料。

所述曲面基材為曲面陶瓷基材。

所述曲面陶瓷基材內壁鍍銅的具體步驟為：

先在所述曲面陶瓷基材內壁進行化學鍍銅，然后再電鍍銅層。

制備所述金屬微結構所用的金屬為銅、鋁、銀、鉑、鉬、鎢或銀鈀合金。

一種三維超材料，包括上述方法制備的三維超材料。

本發明的有益效果為：利用投影光刻的方法并以陶瓷作為基材制備三維超材料，該超材料的金屬微結構打破了傳統的二維平面金屬微結構，拓展了超材料的應用領域；并且選用陶瓷作為基材，不但提高了超材料的機械強度，也降低了其損耗；同時也突破了傳統的只能在有機基材上覆金屬微結構的技術瓶頸。

【附圖說明】

圖1為本發明實施例一光刻示意圖；

圖2為本發明實施例二光刻示意圖。

【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，以下結合附圖及實施例，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。

實施例一

一種三維超材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

由于陶瓷不導電，需要先進行化學鍍的方式在曲面陶瓷基材的內壁鍍一層薄銅使曲面陶瓷基材導電，然后再采用電鍍的方式繼續鍍銅，使銅層的厚度達到實際所需的厚度，一般為10~18微米，再在銅層表面旋涂或噴涂一層光刻膠；

如果光刻時，光線是垂直投影光刻掩膜板并直接將全部金屬微結構形狀投影至曲面陶瓷基材內壁的話，根據曲面基材內壁所有金屬微結構的排布的入射角度的逆向光路投影的仿真結果制備所需的光刻掩膜板，如圖1所示；

將制備好的光刻掩膜板覆蓋在曲面陶瓷基材涂有光刻膠的區域，然后進行光刻，具體操作過程如同上一步所述，獲得所需的金屬微結構，從而制成三維超材料。

金屬微結構是由金屬絲構成的具有一定幾何形狀的平面或者立體結構，如工字型、雪花型等，加工金屬微結構所采用的金屬為銅、鋁、銀、鉑、鉬、鎢或銀鈀合金等。

實施例二

一種三維超材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

由于陶瓷不導電，需要先進行化學鍍的方式在曲面陶瓷基材的內壁鍍一層薄銅使曲面陶瓷基材導電，然后再采用電鍍的方式繼續鍍銅，使銅層的厚度達到實際所需的厚度，一般為10~18微米，再在銅層表面旋涂或噴涂一層光刻膠；

如果光刻時，光線與光刻掩膜板成一定角度入射，在光刻的過程中則是逐步旋轉曲面陶瓷基材使金屬微結構圖形布滿整個曲面時，光刻掩膜板上的金屬微結構的圖形只需根據曲面基材內壁緯線上的金屬微結構的排布的入射角度的逆向光路投影的仿真結果制備所需的光刻掩膜板，而經線上的金屬微結構通過旋轉曲面陶瓷基材就可以布滿曲面，如圖2所示；

將制備好的光刻掩膜板覆蓋在曲面陶瓷基材涂有光刻膠的區域，然后進行光刻，具體操作過程如同上一步所述，獲得所需的金屬微結構，從而制成三維超材料。

金屬微結構是由金屬絲構成的具有一定幾何形狀的平面或者立體結構，如工字型、雪花型等，加工金屬微結構所采用的金屬為銅、鋁、銀、鉑、鉬、鎢或銀鈀合金等。