[发明专利]基于PDMS封装技术的微流体超材料结构

说明书

本发明属于新型柔性超材料吸波器的制作领域，具体为基于PDMS封装技术的微流体超材料结构，其设计思路包括以下步骤：结合常规的“三明治”吸波结构，将原有的介质层替换为PDMS封装的微流体结构；在封装的微流体中选取介电常数与正切角损耗较大的液体进行填充；在封装层的两侧使用溅射工艺，将介质基板与金属图案溅射到两侧，得到柔性吸波材料。本发明中工艺流程，以PDMS封装工艺为基础，可以做到更薄的尺寸；与传统的吸波材料结构相比，PDMS封装的微流体超材料吸波器有更薄的尺寸，制作的材料也具有柔性。

技术领域

本发明属于新型柔性超材料吸波器的制作领域，具体为基于PDMS封装技术的微流体超材料结构。

背景技术

超材料作为一种新型周期性人工电磁结构，是如今的热门研究方向，主要与吸波材料、频率选择表面、隐身材料等技术结合。随着工艺水平的提高，超材料逐渐被天线，滤波器等结构应用。近几年兴起的吸波材料通常由磁控溅射工艺实现，磁控溅射的载体为柔性材料，柔性材料疏水性极强，因此金属的粘附性较差；传统的电镀工艺虽然解决了精度较高，粘附性较强的问题，但不易实现大规模生产，工艺复杂，不能用于柔性材料的制备。由于甚低频的波长限制，为保证其良好的吸波性能，超材料在设计过程中的单元尺寸较大，材料较厚。总体来说现阶段的超材料吸波器主要的缺陷在于：1.材料较厚，难以集成到目标系统中；2.工艺较为繁琐，无法进行大批量生产；3.柔性材料需求较大，现阶段的研究水平不易实现柔性材料的设计。本发明提出一种新颖的吸波结构，采用PDMS封装技术，将介电常数普遍偏高的液体封装到吸波结构中，在甚低频的吸波效果显著。

发明内容

本发明为了解决现阶段超材料吸波器单元尺寸厚，不易集成的问题，提供了基于PDMS封装技术的微流体超材料结构的制备。

本发明是采用如下的设计方案实现的：基于PDMS封装技术的微流体超材料结构，包括 PDMS封装层，PDMS封装层内填充介电常数与正切角损耗较大的液体介质，在PDMS封装层的两侧使用溅射工艺分别溅射金属基板与金属电阻膜图案得到微流体超材料结构，PDMS封装层的制作过程为：将预聚物和固化剂按质量比为10:1的比例配制，配制液浇注在SU-8模具上进行倒模并在真空箱中静置12h，然后在烘台上由室温升温加热，在75℃温度下加热4h使其完全固化，脱模得到PDMS底层；将预聚物和固化剂按质量比为15:1的比例配制、搅匀、脱泡；其次把配制液旋涂在硅片上，在70℃温度下加热20分钟，使其部分固化，得到PDMS盖片；将PDMS底层进行Plasma处理，改变其表面特性，然后与PDMS盖片贴合，放入0.1MPa的真空干燥箱在65℃温度下键合24h，使二者永久粘合形成PDMS封装层。

上述的基于PDMS封装技术的微流体超材料结构，金属电阻膜图案采用90°旋转对称结构。

基于PDMS封装技术的微流体超材料结构，包括以下特点：

（1）对称性的金属电阻膜图案，对电磁波的吸收极化不敏感，将TE波与TM波在谐振频率处高效吸收；

（2）PDMS封装的液体介质的介电常数更高，且拥有更大的正切角损耗值，可以减小设计材料的厚度；

（3）采用溅射工艺，将电阻膜图案及底层金属溅射到PDMS上，保证了结构的精确度。

本发明具有以下优点：

1）金属电阻膜图案采用90°旋转对称结构，仿真结构显示，此结构的TM波与TE波吸收效率相同。

2）PDMS作为优秀的封装材料，本身也是柔性材料，其在工作频率内的介电常数为2.86，损耗角正切值为0.03。而常用的介质基板如FR-4，其损耗角正切只有0.02。PDMS封装的液体介质的介电常数一般很大，根据空间的阻抗匹配原理，可以极大缩小材料厚度，随着未来工艺水平提高，PDMS作为封装层厚度可以做的更薄，使其结构厚度进一步缩减。