[發明專利]一種基于液態金屬微流控的超材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810399529.3
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108376839B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李平;許諾;臧金良;劉立濱
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q17/00
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 龐許倩;龔頤雯

本發明涉及一種基于液態金屬微流控的超材料，屬于電磁通信技術領域，解決了現有超材料設計加工完成后結構形態、材料屬性不可動態調整的問題。本發明公開的超材料包括底層金屬層、中間介質層和設置在所述中間介質層表面的微通道陣列。底層金屬層和中間介質層為固定膜層；所述微通道中設置有液態金屬，所述液態金屬通過在所述微通道內流動，在所述超材料表層形成金屬微結構。通過外力驅動液態金屬在微通道內流動，調節金屬微結構長度或寬度尺寸，實現改變所述超材料的物理屬性。本發明進一步拓展了超材料的應用范圍，極大地提高了超材料的實際應用性能。

技術領域

本發明涉及電磁通信技術領域，尤其涉及一種基于液態金屬微流控的超材料及其制備方法。

背景技術

超材料作為一種新型的人工復合微結構，具有天然材料所不具備的超常物理性質。由于其結構可進行人工設計，超材料能夠實現對材料性能的操控，使得在隱身技術、通信技術、傳感技術等領域得到快速的發展和應用。

近年來，隨著微納制備工藝的高速發展，微納尺度結構的超材料能夠得到精確的加工，因此超材料應用領域和應用范圍愈發廣泛。雖然超材料具有十分優異的性能，但其在設計、加工完后等效介電常數、磁導率、折射率等參數已固定，不能隨環境變化而改變材料屬性，即無法實現物理性能的“動態化”。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種基于液態金屬微流控的超材料及其制備方法，用以解決現有超材料設計加工完成后結構形態、材料屬性不可動態調整的問題。

一方面，本發明實施例提供了一種基于液態金屬微流控的超材料，包括底層金屬層、中間介質層和設置在所述中間介質層表面的微通道陣列；

所述底層金屬層和中間介質層為固定膜層；

所述微通道中設置有液態金屬，所述液態金屬通過在所述微通道內流動，在所述超材料表層形成金屬微結構；

通過外力驅動所述液態金屬在所述微通道內的流動，調節所述金屬微結構長度或寬度。

上述技術方案的有益效果如下：現有技術超材料結構在其設計、加工完成后其等效介電常數、磁導率、折射率等參數就已固定，不能隨環境變化而改變材料屬性，即無法實現性能的“動態化”。本發明將液態金屬與超材料微結構進行集成，利用液態金屬的微流控性及可任意流動性，通過操控液態金屬在超材料表面陣列微結構中的流動，實現超材料中微結構形態的可重構性，進而實現調控所設計超材料的物理屬性。本發明從本質上提升且優化了超材料結構，可進一步拓展超材料的應用范圍，極大提升超材料的應用性能。加工完成后，通過液態金屬的流動，重構超材料表面金屬微結構的形態和尺度參數，控制調節超材料的等效介電常數、磁導率、折射率，以達到對超材料吸收、反射電磁波等特性的動態調控。

基于上述方法的另一個實施例中，所述底層金屬層采用金屬薄膜材料，所述中間介質層采用二氧化硅、硅、三氧化二鋁、硅橡膠、PDMS材料中的至少一種。

上述技術方案的有益效果是：通過底層金屬層可以加電或者接地，通過中間介質層隔離底層金屬層和微通道陣列。并且，通過底層金屬層和中間介質層還可以實現對入射電磁波的反射和吸收。

進一步，所述液態金屬包括鎵或者鎵合金。

上述進一步方案的有益效果是：液態金屬綜合了傳統剛性和柔性材料的優良性能，目前主要有五種熔點接近或低于室溫的金屬，包括鈁、銣、銫、汞和鎵。其中，鈁具有輻射性，銫和銣與空氣接觸后會劇烈反應，汞具有毒性且表面張力大，不易對其進行圖案化成型，因此上述四種材料均不適合用于制備柔性電子器件，不適合本發明。而鎵及其合金適用于制備各種器件，理由如下，一是其熔點非常低，在室溫下為液態，粘度低，便于注入微流道中；二是其電導率較高，雖然比銅的電導率低，但是遠遠高于其他導電液體等；三是其不易蒸發、性能穩定，操作時不會吸入氣體分子；四是其在注入前不用加熱熔化，易于與有機、生物材料兼容，并且在注入過程中始終保持液態，注入完成后無冷卻過程，減少工藝耗時。