[发明专利]一种复合材料的制备方法及超材料

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，具体地涉及超材料介质基板的制备工艺。

【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，从而获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。

超材料的基本结构由介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构组成，阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性，能对电场或磁场产生电磁响应，通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计可以控制超材料各个基本单元的等效介电常数和等效磁导率，从而使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。

现有的超材料人造微结构一般为金属材料，而介质基板一般采用有机树脂基板，有机树脂基板一般是以玻璃纤维布为增强材料的环氧树脂基板，或者为具有较高介电常数的陶瓷基板，环氧树脂基板虽然具有较好的机械性能，但是由于其介电常数较低，仅仅能应用在某些介电常数要求低的领域，陶瓷材料虽然能在很大范围内满足介电常数的要求，但是其机械性能较差，且介电常数的大小完全取决于材料本身，无法根据超材料的设计需要进行调节，因此，不论是现有的环氧树脂基板还是陶瓷基板，均不能很好地满足超材料的功能设计需要。

同时，现有的有机高分子-氧化物陶瓷复合材料通常由环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等介电常数较低、损耗较大的高分子材料与介电常数较大、但损耗也较高的铁电陶瓷颗粒组成。为了保证材料的可加工性，树脂的含量不能太低，即使高介电常数的铁电陶瓷的含量不能太高，这就导致复合材料的介电常数不能做得很高。同时，树脂组分和铁电陶瓷组分的高损耗也决定了复合材料的高损耗。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合材料的制备方法以及应用该复合材料的超材料。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a.选择用于沉浸凝胶相转化法制备有机高分子膜的有机高分子材料，将有机高分子材料溶解于第一溶剂中，形成有机高分子溶液；

b.将所述有机高分子溶液均匀涂覆在一支撑体表面，得到液态有机高分子膜；

c.在第二溶剂中加入陶瓷颗粒，混合均匀得到分散液，所述第二溶剂不能溶解所述有机高分子材料且能与所述第一溶剂互溶；

d.将所述支撑体连同所述液态有机高分子膜一起浸入到所述分散液中，所述液态有机高分子膜经沉浸凝胶相转化后形成固态有机高分子膜；

e.将得到的固态有机高分子膜干燥，得到复合材料。

优选地，该复合材料的制备方法还包括：通过控制所述分散液中陶瓷颗粒的加入量，使复合材料的介电常数达到预定的值。

优选地，所述e步骤后还包括获得多层所述固态有机高分子膜，将多层固态有机高分子膜进行热压合，得到具有预定厚度的复合材料。

优选地，所述有机高分子材料为聚砜类树脂、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚酰胺树脂或聚丙烯腈。

优选地，所述第一溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。

优选地，所述第二溶剂为水、乙醇或丙酮。

优选地，所述陶瓷颗粒为纳米级的二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒或氮化硅颗粒。

本发明还提供一种超材料，包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构，所述介质基板为内部均匀分散有陶瓷颗粒的有机高分子膜。

优选地，所述陶瓷颗粒为纳米级的二氧化钛颗粒、氧化铝颗粒、二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒或氮化硅颗粒。

优选地，所述有机高分子膜的有机高分子材料为聚砜类树脂、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚酰胺树脂或聚丙烯腈。

优选地，所述介质基板包括有多层所述有机高分子膜，所述多层有机高分子膜通过热压压合的方法层叠粘合。