[发明专利]一种聚四氟乙烯基板及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯基板及其制备方法。

【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，

有机树脂基板材料的介电常数一般为3-5 之间，而对于超材料的某些应用而言，往往需要

更低介电常数的材料作为介质基板，在满足各种机械性能的同时，很难寻找到合适的材料。

而聚四氟乙烯是一种超高分子量的聚合物，其分子结构为四个完全对称的取向氟

原子中心连接一个碳原子，极性低，介电性能好( 介电常数最低可达到2.1)，耐高温。

聚四氟乙烯虽然具有优良的电气性能( 低介电常数、低介质损耗因子、在较高的

温度和频率范围内非常稳定)，耐化学腐蚀，耐热，使用温度范围广，吸水性低。但聚四氟乙烯是强非极性，与铜箔和增强玻璃布粘结性差，主要是因为C-C 主链被体积大且电负性大的氟原子所包围，空间阻碍抑制了主链的内旋转，使碳链硬而带刚性。在热压过程中，聚四氟乙烯大分子很难流动浸入到玻璃纤维束内，对玻璃纤维的润湿性差，加工成型比较困难。

   为了克服PTFE 的这些缺点，提高其综合性能，多年来，人们一直致力于PTFE 的改性研究。尝试用不同的填料和增强纤维来改善其机械力学性能，提高它的硬度，降低线膨胀系数，扩大材料的应用范围。用于PTFE 的填料必须能耐高温，以便在烧结时不改变性能，并能与PTFE 均匀的混合。用的增强纤维有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和晶须等，填料有石墨、三氧化二铝、二氧化硅、氮化硅、陶瓷粉等。但这些填料大都介电常数和介质损耗因子大，制成的介电材料介电性能降低很多。

 硅石气凝胶的主要成分是SiO2，是通过溶胶凝胶方法将有机或无机硅源制备成湿

凝胶，然后用气体取代凝胶中的液体，通过干燥控制添加剂及干燥工艺的控制，保持其空间

网络结构基本不变，从而得到纳米多孔的硅石气凝胶材料。硅石气凝胶内含大量空气，其孔

隙率可达80％～ 99％，其微孔尺寸范围为1 ～ 100nm。其纳米多孔结构使其具备许多优良的电气性能，如在3-40GHz 范围内，通过控制其孔隙度可将其介电常数控制在1.008-2.27

范围内，热膨胀系数仅为普通SiO2 的1/5，密度为5-200kg/m3，可耐压力超过28MPa，电阻率为为SiO2 的1000 倍。SiO2 气凝胶的介电常数很低(1-2)，热稳定好，还具有绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等性能。在低介电常数无铅超材料基板材料中有很好的应用前景。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：提供一种聚四氟乙烯基板及其制备方法，采用介

电常数更低的二氧化硅气凝胶为填料，大大降低了基板的介电常数，并且实现了在低介电

常数范围内介电常数可控。

本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种聚四氟乙烯基板的制备方法，所述

的方法包括以下步骤：

a、预制二氧化硅气凝胶：将溶剂、干燥控制添加剂分别加入到硅源中，加入催化剂

调节pH 值，静置、老化获得凝胶，然后用置换剂对凝胶进行处理，干燥、研磨得到二氧化硅气凝胶粉末；

b、将二氧化硅气凝胶粉末加入到聚四氟乙烯乳液充分混合形成混合乳液，其中，