[发明专利]一种基于液态金属微流控的超材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于液态金属微流控的超材料，属于电磁通信技术领域，解决了现有超材料设计加工完成后结构形态、材料属性不可动态调整的问题。本发明公开的超材料包括底层金属层、中间介质层和设置在所述中间介质层表面的微通道阵列。底层金属层和中间介质层为固定膜层；所述微通道中设置有液态金属，所述液态金属通过在所述微通道内流动，在所述超材料表层形成金属微结构。通过外力驱动液态金属在微通道内流动，调节金属微结构长度或宽度尺寸，实现改变所述超材料的物理属性。本发明进一步拓展了超材料的应用范围，极大地提高了超材料的实际应用性能。

技术领域

本发明涉及电磁通信技术领域，尤其涉及一种基于液态金属微流控的超材料及其制备方法。

背景技术

超材料作为一种新型的人工复合微结构，具有天然材料所不具备的超常物理性质。由于其结构可进行人工设计，超材料能够实现对材料性能的操控，使得在隐身技术、通信技术、传感技术等领域得到快速的发展和应用。

近年来，随着微纳制备工艺的高速发展，微纳尺度结构的超材料能够得到精确的加工，因此超材料应用领域和应用范围愈发广泛。虽然超材料具有十分优异的性能，但其在设计、加工完后等效介电常数、磁导率、折射率等参数已固定，不能随环境变化而改变材料属性，即无法实现物理性能的“动态化”。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于液态金属微流控的超材料及其制备方法，用以解决现有超材料设计加工完成后结构形态、材料属性不可动态调整的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种基于液态金属微流控的超材料，包括底层金属层、中间介质层和设置在所述中间介质层表面的微通道阵列；

所述底层金属层和中间介质层为固定膜层；

所述微通道中设置有液态金属，所述液态金属通过在所述微通道内流动，在所述超材料表层形成金属微结构；

通过外力驱动所述液态金属在所述微通道内的流动，调节所述金属微结构长度或宽度。

上述技术方案的有益效果如下：现有技术超材料结构在其设计、加工完成后其等效介电常数、磁导率、折射率等参数就已固定，不能随环境变化而改变材料属性，即无法实现性能的“动态化”。本发明将液态金属与超材料微结构进行集成，利用液态金属的微流控性及可任意流动性，通过操控液态金属在超材料表面阵列微结构中的流动，实现超材料中微结构形态的可重构性，进而实现调控所设计超材料的物理属性。本发明从本质上提升且优化了超材料结构，可进一步拓展超材料的应用范围，极大提升超材料的应用性能。加工完成后，通过液态金属的流动，重构超材料表面金属微结构的形态和尺度参数，控制调节超材料的等效介电常数、磁导率、折射率，以达到对超材料吸收、反射电磁波等特性的动态调控。

基于上述方法的另一个实施例中，所述底层金属层采用金属薄膜材料，所述中间介质层采用二氧化硅、硅、三氧化二铝、硅橡胶、PDMS材料中的至少一种。

上述技术方案的有益效果是：通过底层金属层可以加电或者接地，通过中间介质层隔离底层金属层和微通道阵列。并且，通过底层金属层和中间介质层还可以实现对入射电磁波的反射和吸收。

进一步，所述液态金属包括镓或者镓合金。

上述进一步方案的有益效果是：液态金属综合了传统刚性和柔性材料的优良性能，目前主要有五种熔点接近或低于室温的金属，包括钫、铷、铯、汞和镓。其中，钫具有辐射性，铯和铷与空气接触后会剧烈反应，汞具有毒性且表面张力大，不易对其进行图案化成型，因此上述四种材料均不适合用于制备柔性电子器件，不适合本发明。而镓及其合金适用于制备各种器件，理由如下，一是其熔点非常低，在室温下为液态，粘度低，便于注入微流道中；二是其电导率较高，虽然比铜的电导率低，但是远远高于其他导电液体等；三是其不易蒸发、性能稳定，操作时不会吸入气体分子；四是其在注入前不用加热熔化，易于与有机、生物材料兼容，并且在注入过程中始终保持液态，注入完成后无冷却过程，减少工艺耗时。