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Patent Searching and Data


Title:
METAMATERIAL HAVING SPACING GAP AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/129943
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided in the present invention is a metamaterial having a spacing gap, formed by combining multiple layers of metamaterial functional boards. Each metamaterial functional board comprises a dielectric substrate and multiple artificial microstructures arrayed on the dielectric substrate. The metamaterial is characterized in that: arranged between every two of the metamaterial functional boards is a spacing component, and the spacing component and the metamaterial functional boards are bonded to each other using an adhesive agent. Also provided in the present invention is a method for manufacturing the metamaterial. Employment of the method of arranging the spacing component between the metamaterial functional boards to increase the predetermined spacing gap allows for convenient setting of the spacing gap by altering the thickness of the spacing component, thus allowing predetermined changes of the equivalent dielectric constant and of the equivalent magnetic permeability of the metamaterial, hence the functional designs of the metamaterial can be of increased flexibility and variety, and the electromagnetic characteristics of the metamaterial manufactured can be of greater diversity, allowing for broadened functional applications.

Inventors:
LIU, Ruopeng (Software Building, No. 9 GaoxinZhong 1st RoadHigh-Tech Industrial Estate, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 7, 518057, CN)
刘若鹏 (中国广东省深圳市南山区高新区中区高新中一道9号软件大厦, Guangdong 7, 518057, CN)
ZHAO, Zhiya (Software Building, No. 9 GaoxinZhong 1st RoadHigh-Tech Industrial Estate, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 7, 518057, CN)
Application Number:
CN2011/084490
Publication Date:
October 04, 2012
Filing Date:
December 22, 2011
Export Citation:
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Assignee:
KUANG-CHI INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOGY (Software Building, No. 9 GaoxinZhong 1st RoadHigh-Tech Industrial Estate, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 7, 518057, CN)
深圳光启高等理工研究院 (中国广东省深圳市南山区高新区中区高新中一道9号软件大厦, Guangdong 7, 518057, CN)
KUANG-CHI INNOVATIVE TECHNOLOGY LTD. (18B Block A, CIC International Business CenterNo.1061 XiangMei Road, FuTian Distric, Shenzhen Guangdong 4, 518034, CN)
深圳光启创新技术有限公司 (中国广东省深圳市福田区香梅路1061号中投国际商务中心A栋18B, Guangdong 4, 518034, CN)
LIU, Ruopeng (Software Building, No. 9 GaoxinZhong 1st RoadHigh-Tech Industrial Estate, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 7, 518057, CN)
International Classes:
H01Q15/00
Domestic Patent References:
WO2009116956A1
Foreign References:
US20100314040A1
CN101527394A
US20100141358A1
US20100066638A1
Attorney, Agent or Firm:
NAN JING SU GAO PATENT AND TRADEMARK FIRM (ORDINARY PARTNERSHIP) (Suite 1912, Longtaiguoji MansionNo. 198, Zhongshandonglu, Baixi, Nanjing Jiangsu 5, 210005, CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1、 一种具有空间间隙的超材料, 由多层超材料功能板组合而成, 所述 超材料功能板包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构,其特 征在于: 所述超材料功能板两两之间设置有间隔元件, 所述间隔元件与所述 超材料功能板之间通过粘合剂相互粘合。

2、 根据权利要求 1所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 所述间隔元件为框形隔板,所述框形隔板与所述超材料功能板之间通过粘合 剂相互粘合。

3、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 各所述隔板的厚度相等。

4、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 各所述隔板的厚度呈递增或递减变化。

5、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 各所述隔板的厚度呈大小交替变化。

6、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 所述粘合剂为双面胶粘合剂。

7、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料,

所述粘合剂为固态粘合树脂, 所述固态粘合树脂为酚醛树脂

酯树脂、 聚酰亚胺树脂或聚四氟乙烯树脂。

8、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 所述隔板为方框形隔板。

9、 根据权利要求 2所述的一种具有空间间隙的超材料, 其特征在于: 所述隔板为圆框形隔板。

10、 一种超材料的制备方法, 包括以下步骤:

a.在超材料功能板的介质基板上阵列多个人造微结构,形成超材料功能 板;

b.根据设计需要计算并确定超材料功能板之间空间间隙的厚度; c .根据空间间隙的厚度确定各个超材料功能板之间的间隔元件的厚度, 使间隔厚度等于所述空间间隙的厚度;

d.通过粘合剂将各个超材料功能板相互与间隔元件相互粘合组装形成 超材料。

11、 根据权利要求 9所述的一种超材料的制备方法, 其特征在于: 所述 步骤 a中, 通过化学蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的方法在所 述介质基板上阵列多个人造微结构。

Description:
一种具有空间间隙的超材料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及超材料领域,具体地涉及一种具有 空间间隙的超材料及其制 备方法。

【背景技术】

近年来, 随着雷达探测、 卫星通信、 航空航天等高新技术的快速发展, 以及抗电磁干扰、 隐形技术、微波暗室等研究领域的兴起, 微波吸收材料的 研究越来越受到人们的重视。超材料可以现出 非常奇妙的电磁效应, 可用于 吸波材料和隐形材料等领域, 成为吸波材料领域研究的热点。

所谓超材料,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的超常材料功 能。 如, 超材料有多层超材料功能板层叠或阵列而成, 超材料功能板由介质 基板和设置在介质基板上的多个金属微结构组 成,超材料可以提供各种普通 材料具有和不具有的材料特性。单个金属微结 构大小一般小于 1/10个波长, 其对外加电场或磁场具有电响应或磁响应,从 而具有表现出等效介电常数或 等效磁导率, 或者波阻抗。 金属微结构的等效介电常数和等效磁导率(或 波 阻抗) 由单元几何尺寸参数决定, 可人为设计和控制。 并且, 金属微结构可 以具有人为设计的电磁参数, 从而产生许多新奇的现象。

现有超材料功能板的人造微结构一般阵列在介 质基板的表面或里面,各 层超材料功能板紧密结合形成整个超材料, 我们可以把每一个人造微结构、 人造微结构所在的介质基板以及二者周围的空 间看成一个超材料基本单元, 其各个基本单元的等效介电常数或等效磁导率 受人造微结构、人造微结构所 在的介质基板以及二者周围的空间共同影响, 现有技术只通过改变人造微结 构来实现整个超材料的等效介电常数或等效磁 导率的改变, 其控制手段有 限, 对于人造微结构的依赖性强, 设计的灵活性不够。

【发明内容】

本发明为克服上述现有技术的缺点,一方面提 供一种功能应用更为丰富 的超材料, 另一方面提供一种设计更为灵活的超材料制备 方法。

本发明实现发明目的采用的技术方案是, 由多层超材料功能板组合而 成,所述超材料功能板包括介质基板以及阵列 在介质基板上的多个人造微结 构, 所述超材料功能板两两之间设置有间隔元件, 所述间隔元件与所述超材 料功能板之间通过粘合剂相互粘合。

作为优选实施方式, 所述间隔元件为框形隔板, 所述框形隔板与所述超 材料功能板之间通过粘合剂相互粘合。

作为具体实施方式, 各所述隔板的厚度呈递增或递减变化。

作为具体实施方式, 各所述隔板的厚度呈大小交替变化。

作为具体实施方式, 各所述粘合剂为双面胶粘合剂或固态粘合树脂 , 所 述固态粘合树脂为酚醛树脂、 环氧树脂、 聚酯树脂、 聚酰亚胺树脂或聚四氟 乙烯树月旨。

作为具体实施方式, 所述隔板为方框形或圆框形隔板。

本发明还提供一种超材料的制备方法, 包括以下步骤:

a.在超材料功能板的介质基板上阵列多个人造 结构,形成超材料功能 板;

b.根据设计需要计算并确定超材料功能板之间 间间隙的厚度;

c.根据空间间隙的厚度确定各个超材料功能板 间的间隔元件的厚度, 使间隔厚度等于所述空间间隙的厚度;

d.通过粘合剂将各个超材料功能板相互与间隔 件相互粘合组装形成 超材料。

作为具体实施方式, 所述步骤 a中, 通过化学蚀刻、 电镀、钻刻、光刻、 电子刻或离子刻的方法在所述介质基板上阵列 多个人造微结构。

本发明的超材料制备中采用超材料功能板中设 置间隔元件来增加预定 空间间隙的方法, 由于能通过间隔元件的厚度方便地实现空间间 隙的设定, 进而能对超材料的等效介电常数和等效磁导率 进行预定的改变,因而在超材 料的功能设计上更为灵活和多样, 所制得的超材料的电磁特性也更为丰富, 具有更广泛的功能应用。

【附图说明】

图 1, 实施例 1超材料的结构剖面图。

图 2, 实施例 1隔板的结构图。

图 3, 实施例 2超材料的结构剖面图。

图 4, 实施例 2隔板的结构图。

图中, 1超材料功能板、 2介质基板、 3人造微结构、 4隔板、 5双面胶 粘合层、 6酚醛树脂粘合层。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明 。

实施例 1

本实施例超材料的结构剖面图参看附图 1, 由多层超材料功能板 1组合 而成,超材料功能板 1包括介质基板 2以及阵列在介质基板上的多个人造微 结构 3, 超材料功能板 1两两之间设置有隔板 4, 隔板 4为方框形隔板, 隔 板 4的结构图参看附图 2, 隔板 4与超材料功能板 1之间通过双面胶粘结层 5相互粘合, 各个隔板 4的厚度呈依次递减的规律变化。

具体实施时, 超材料的制备方法采用以下步骤:

a.在超材料功能板 1的介质基板 2上阵列多个人造微结构 3, 形成超材 料功能板 1, 具体可通过化学蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的 方法在超材料功能板的介质基板 2上阵列多个人造微结构 3, 以由高分子材 料的介质基板 2和金属微结构 3组成的超材料功能板 1为例,可以选择化学 蚀刻的方法进行制备, 即在覆有金属薄膜的介质基板 2上通过覆膜、 曝光、 感光膜显影以及蚀刻步骤, 完成金属微结构 3 的制造, 此过程可采用 PCB 板化学蚀刻的常用设备进行加工制造;

b.为实现超材料中各个超材料功能板 1 整体的等效介电常数按从大到 小依次递减的变化,本实施例可根据该设计需 要使超材料功能板 1之间的间 隙呈依次递减的变化, 因为对于超材料功能板 1而言, 我们可以把每一个人 造微结构 3、 人造微结构 3所在的介质基板 2以及二者周围的空间看成一个 超材料基本单元,其各个基本单元的等效介电 常数或等效磁导率受人造微结 构 3、 人造微结构 3所在的介质基板 2以及二者周围的空间共同影响, 当改 变整个超材料功能板 1之间的空间间隙时,相应地也改变了每个超 料基本 单元中人造微结构 3和介质基板 2周围的空间的大小,而该周围空间大小的 改变会影响超材料基本单元的等效介电常数, 进而影响整个超材料功能板 1 的等效介电常数,因为本实施例人造微结构 3和介质基板 2周围的空间为空 气, 而一般材质的介电常数都大于空气的介电常数 , 所以当改变周围空间的 大小时, 会改变超材料功能板 1的等效介电常数, 使超材料功能板 1的等效 介电常数也呈现出一次递减的变化;

c .在确定空间间隙的大小呈依次递减的规律后 为便于控制空间间隙的 大小,我们可以通过使隔板 4厚度等于空间间隙的厚度来控制空间间隙的 小;

d.通过双面胶将各个超材料功能板 1相互与隔板 4相互粘合组装形成超 材料, 由于双面胶粘合层 5的厚度很薄, 相对于整个空间间隙的厚度而言可 以忽略。

使用根据本实施例提供的超材料及其制备方法 ,通过增加空间间隙并控 制其间隙厚度的方法,使超材料在介电常数和 磁导率的功能设计上更为灵活 和多样。

实施例 2

本实施例超材料的结构剖面图参看附图 3, 由多层超材料功能板 1组合 而成,超材料功能板 1包括介质基板 2以及阵列在介质基板上的多个人造微 结构 3, 超材料功能板 1两两之间设置有隔板 4, 隔板 4为圆框形隔板, 隔 板 4的结构图参看附图 4, 隔板 4与超材料功能板 1之间通过酚醛树脂粘结 层 6相互粘合, 各个隔板 4的厚度呈厚薄交替的规律变化。

具体实施时, 超材料的制备方法采用以下步骤:

a.在超材料功能板 1的介质基板 2上阵列多个人造微结构 3, 形成超材 料功能板 1, 具体可通过化学蚀刻、 电镀、 钻刻、 光刻、 电子刻或离子刻的 方法在超材料功能板 1的介质基板 2上阵列多个人造微结构 3, 以由高分子 材料的介质基板 2和金属微结构 3组成的超材料功能板 1为例,可以选择化 学蚀刻的方法进行制备,即在覆有金属薄膜的 介质基板 2上通过覆膜、曝光、 感光膜显影以及蚀刻步骤, 完成金属微结构的制造, 此过程可采用 PCB板化 学蚀刻的常用设备进行加工制造;

b.为实现超材料中各个超材料功能板 1 整体的等效介电常数按从大小 交替的变化,本实施例可根据该设计需要使超 材料功能板 1之间的间隙呈大 小交替的变化, 因为对于超材料功能板 1而言, 我们可以把每一个人造微结 构 3、 人造微结构 3所在的介质基板 2以及二者周围的空间看成一个超材料 基本单元, 其各个基本单元的等效介电常数或等效磁导率 受人造微结构 3、 人造微结构 3所在的介质基板 2以及二者周围的空间共同影响,当改变整个 超材料功能板 1之间的空间间隙时,相应地也改变了每个超 料基本单元中 人造微结构 3和介质基板 2周围的空间的大小,而该周围空间大小的改 会 影响超材料基本单元的等效介电常数,进而影 响整个超材料功能板 1的等效 介电常数, 因为本实施例人造微结构 3和介质基板 2周围的空间为空气, 而 一般材质的介电常数都大于空气的介电常数, 所以当改变周围空间的大小 时, 会改变超材料功能板 1的等效介电常数, 从而实现超材料功能板 1的等 效介电常数大小交替变化;

c.在确定空间间隙的大小呈交替变化的规律后 为便于控制空间间隙的 大小,我们可以通过使隔板 4厚度等于空间间隙的厚度来控制空间间隙的 小;

d.本实施例基于现有的半固态成型工艺对超材 进行成型组装,首先在 超材料功能板 1的周边涂覆酚醛树脂, 然后将各个超材料功能板 1和隔板 4 交替排列层叠, 将层叠后的超材料置于酚醛树脂的半固态熔融 温度范围内, 在压强为 3kg/cm 2 的高压环境中对超材料进行压合,压合完 成后冷却至室温, 固化并形成超材料。作为具体实施方式, 本步骤中的成型工艺包括但不限于 以下工艺方法: 挤出成型工艺、 注射成型工艺或压延成型工艺等。 由于压合 后的酚醛树脂的厚度很薄, 相对于整个空间间隙的厚度而言可以忽略, 即使 厚度达到了一定尺度, 通过对隔板 4 预留一定厚度的方法即可进行精确控 制。

使用根据本实施例提供的超材料及其制备方法 ,一方面通过增加空间间 隙并控制其间隙厚度的方法,使超材料在介电 常数和磁导率的功能设计上更 为灵活和多样; 另一方面, 本实施例的超材料及其制备可以通过成型工艺 大 规模制备, 具有制备过程简单, 效率高、 成本低的优点。

在上述实施例中, 仅对本发明进行了示范性描述, 但是本领域技术人员 在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精 神和范围的情况下对本发明 进行各种修改。