[发明专利]一种基于介电常数可控的超材料基板及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种基于介电常数可控的超材料基板及其制备方法。

【背景技术】

超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而或得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料，因此为设计和合成超材料，人们进行了很多研究工作。2000年，加州大学的Smith等人指出周期性排列的金属线和开环共振器(SRR)的复合结构可以实现介电常数ε和磁导率μ同时为负的双负材料，也称左手材料。之后他们又通过在印刷电路板(PCB)上制作金属线和SRR复合结构实现了二维的双负材料。目前超材料结构的实现主要还是以在PCB板上制作金属线完成，传统的PCB基板介电常数较高，损耗较大，市场上介电常数最低的四氟乙烯基板介电常数一般也高于2.5，无法满足部分高要求超材料设计的要求。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于介电常数可控的超材料基板及其制备方法，用微孔代替大部分实体介质，通过引入空气降低基板的介电常数；并且利用微细发泡注塑工艺可精确控制所制基板的介电常数。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种基于介电常数可控的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

a、将一定量的大气的超临界流体溶解到热塑性聚合物熔体中形成单相熔体；

b、注入到温度和压力较低的模具型腔内，由于温度和压力的降低引发分子的不稳定性，从而在基板中形成大量的气核；

c、所形成的气核逐渐长大生成微孔。

所述的大气的超临界流体为CO₂超临界流体。

所述的大气的超临界流体为N₂超临界流体。

通过控制大气超临界流体的注入比例来控制所制成基板的多孔率。

所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。

一种介电常数可控的超材料基板，其特征在于：由热塑性聚合物制成的超材料基板为介电常数可控的多孔基板。

所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。

原理为：微细发泡注塑工艺：采用CO₂或N₂的超临界流体作为发泡剂，首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到热融胶中形成单相溶体；然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。

本发明的有益效果是，利用微细发泡注塑工艺制成含有微孔的超材料基板，通过引入空气降低了基板的密度和介电常数；使用热塑性聚合物为主体的材料作为基板，与硬质的陶瓷材料相比，质量轻，介电常数和损耗小，应用领域宽；并且微细发泡注塑工艺能够精确控制所制基板的介电常数，对实现渐变型的超材料，以及将理论设计的超材料转变为现实产品有重大的意义。

【附图说明】

图1为本发明工艺原理微孔成型过程示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于介电常数可控的超材料基板的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：如图1所示，

a、将一定量的大气的超临界流体溶解到热塑性聚合物熔体中形成单相熔体，所述的大气的超临界流体一般为CO₂超临界流体或N₂超临界流体；

b、注入到温度和压力较低的模具型腔内，由于温度和压力的降低引发分子的不稳定性，从而在基板中形成大量的气核；

c、所形成的气核逐渐长大生成微孔。

所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。

由以上方法制得的基板为介电常数可控的多孔基板。

原理为：微细发泡注塑工艺采用CO₂或N₂的超临界流体作为发泡剂，首先是将超临界流体(二氧化碳或氮气)溶解到热融胶中形成单相溶体；然后通过开关式射嘴射人温度和压力较低的模具型腔，由于温度和压力降低引发分子的不稳定性从而在制品中形成大量的气泡核，这些气泡核逐渐长大生成微小的孔洞。