[发明专利]一种超材料

说明书

技术领域

本发明属于人工复合材料领域，尤其涉及一种超材料。

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。超材料通常包括基板及周期排布在基板上的多个人造微结构，每一人造微结构与其附着的那部分基板可以看做是一个超材料单元。超材料的性质和功能由基板的特性及周期排布在基板上的人造微结构的特性共同决定。对应于特定频率的电磁波，每一超材料单元表现出一个等效介电常数与磁导率，而这两个物理参数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。

目前超材料结构的实现主要还是以在PCB板(例如FR-4、F4b)上制作金属线完成，PCB所采用的基板含胶量一般在50％左右，密度1.6左右，因此用多层板压合得到的超材料重量较重，现在大部分电磁产品都有轻量化的要求，因此降低超材料的密度具有很高的实际意义。

同时目前市售的PCB基板因里面含有大量的增强纤维，介电损耗较大。并且FR-4、F4b等此类材料制成的基板介电常数一般在2以上。以此为基板的超材料通常介电常数较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种介电常数较小且介电损耗较小的超材料。

本发明为解决上述的技术问题所采用的技术方案是：一种超材料，由至少一个超材料片层叠加形成，每一个超材料片层包括基板、空板及设置在基板与空板之间的呈周期排布的多个人造微结构，所述空板开设有周期排布的多个微孔。

进一步地，所述空板由热塑性树脂或其改性材料制得，所述热塑性树脂材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、特氟龙或热塑性有机硅。

进一步地，所述空板由热固性树脂或其改性材料制得，所述热固性树脂材料为环氧树脂、酚醛树脂聚氨酯、酚醛或热固性有机硅。

进一步地，所述微孔为圆孔、方孔或三角形孔。

进一步地，所述空板孔隙率为10-90％。

进一步地，所述基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。

进一步地，所述人造微结构为金属微结构，所述金属微结构由一条或多条金属线组成，所述金属线为铜线或银线。

进一步地，所述人造微结构为平面雪花状的金属微结构，所述金属微结构具有相互垂直平分的第一金属线及第二金属线，所述第一金属线两端连接有相同长度的两个第一金属分支，所述第一金属线两端连接在两个第一金属分支的中点上，所述第二金属线两端连接有相同长度的两个第二金属分支，所述第二金属线两端连接在两个第二金属分支的中点上，所述第一金属分支与第二金属分支的长度相等。

进一步地，所述基板上的多个金属微结构通过如下方法得到：

S1、利用热熔胶在基板表面粘贴预定厚度的金属薄层；

S2、通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法得到多个金属微结构。

进一步地，所述金属薄层的厚度为0.005-0.1mm，热熔胶的厚度为0.01-0.2mm，所述基板的厚度为0.1-5mm，所述空板的厚度为0.1-5mm。

根据本发明的超材料，空板通过开设多个微孔来降低自身的介电常数与介电损耗，可以通过控制微孔的形状、排布来控制空板的孔隙率，从而得到想要的介电常数的基板，从而控制超材料片层的介电常数，以此得到介电常数较小且介电损耗较小的超材料片层。并且在磁导率不变的情况下，相当于降低了空板及超材料片层的折射率。

附图说明

图1为本发明的超材料片层的结构示意图；

图2为本发明的超材料片层去掉空板以后的结构示意图；

图3是本发明的平面雪花状的金属微结构的示意图；

图4是图3所示的平面雪花状的金属微结构的一种衍生结构；

图5是图3所示的平面雪花状的金属微结构的一种变形结构；

图6为本发明的超材料片层中金属薄层、热熔胶及基板三者的叠加示意图；

图7为本发明的多个超材料片层叠加形成超材料的示意图；

图8为本发明第一种形式的空板；

图9为本发明第一种形式的空板其CST仿真图；

图10为本发明第二种形式的空板；

图11为本发明第二种形式的空板其CST仿真图；

图12为本发明第三种形式的空板；

图13为本发明第三种形式的空板其CST仿真图；

图14为本发明第四种形式的空板；