CN101325274A

CN101325274A - 由树枝状结构单元构成的左手材料

Info

Publication number: CN101325274A
Application number: CNA2007100180589A
Authority: CN
Inventors: 赵晓鹏; 周欣
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-17

Abstract

本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种由树枝状结构单元构成的左手材料。与以往左手材料相比，本发明所述的由树枝状结构单元构成的左手材料仅需要一种结构单元，即树枝状结构单元。通过调节树枝状结构的几何参数，使得材料在微波频段内同时实现负介电常数及负磁导率。同时树枝结构的高度对称性使其能适应多角度入射的微波，大大拓宽了左手材料的应用领域；而且也对以化学方法制备红外或可见光波段的树枝状左手材料给予了重要借鉴及理论支持。

Description

由树枝状结构单元构成的左手材料

技术领域

本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种由树枝状结构单元构成的左手材料。

背景技术

左手材料(left-handed metamaterials)是一种人工周期复合结构材料，其在一定频率范围内介电常数和磁导率实部同时为负值。当电磁波在材料内部传播时，相速度与能流方向反向，电场、磁场和波矢方向服从左手定则。由于左手材料这种反常的物理特性表现出许多奇异的光学和电磁学性能，如负折射率，完美透镜效应，反常Doppler效应、反常Cherenkov效应等。因此对研制超分辨光学仪器，探测器，隐身材料，微波器件等方面有着重要应用价值。目前左手材料的制备多采用复合金属丝阵列和开口谐振环阵列来分别实现负介电常数和负磁导率。然而两种结构的复合对制备工艺提出了更高的要求，如开口谐振环阵列和金属杆阵列必需严格对齐，复合结构必须采用多层结构等。由于制备高频甚至到红外及可见光频段，所需谐振单元尺寸达到了纳米级别，传统的物理刻蚀工艺已经很难制备这样复杂多层结构的左手材料。而且，由于开口谐振环和金属丝单元结构自身谐振模式的特殊性，需要外界电磁场以特定的偏极化方向入射激励，才能产生左手效应，这也对实际应用带来许多局限。

树枝状结构是一种高度对称的分形结构，其物理模型可以用DLA模型或自仿射分形模型来描述。在电化学或高分子化学领域，纳米尺度树枝状结构材料的制备技术已经十分成熟。利用树枝状结构作为左手材料的单元模型，对于实现红外或可见光全向左手材料有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种由树枝状结构单元构成的左手材料。其结构单元为金属树枝状结构。通过结构参数设计，使金属树枝的电谐振和磁谐振位于同一频段，从而实现左手行为。由于本发明中左手材料的单元仅为单一的树枝结构，因而加工工艺十分简便；树枝结构的高度对称性使其能适应多角度入射的微波，大大拓宽了左手材料的应用领域；而且也对以化学方法制备红外或可见光波段的树枝状左手材料给予了重要借鉴及理论支持。

附图说明

图1 树枝状结构单元的左手材料

图2 实施例一树枝状左手材料结构示意图

图3 实施例一树枝状左手材料微波透射图

图4 实施例二树枝状左手材料结构示意图

图5 实施例三树枝状左手材料结构示意图

图6 实施例四树枝状左手材料块材结构示意图

具体实施方式

采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8～2mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板某一面上刻蚀出金属树枝状结构单元阵列，单元间隔d＝5～15mm。树枝的从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝0.5～2.5mm，二级分支长度l₂＝0.5～2mm，三级分支长度l₃＝0.5～1mm，相临两个一级分支间夹角为θ₁＝20°～75°，相临两个二级分支间夹角为θ₂＝20°～75°，相临两个三级分支间夹角为θ₃＝20°～75°，线宽为0.1～2mm。按实际需求将刻蚀后的PCB版切块，制得单层树枝状左手材料。若将多片单层树枝状左手材料按等间距2～10mm排列，即得到块状树枝状左手材料。

本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：

实施例一：

采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板的一面上刻蚀出金属树枝状结构单元阵列，单元间隔d＝9mm。树枝的从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝2mm，二级分支长度l₂＝0.9mm，三级分支长度l₃＝0.9mm，相临两个一级分支间夹角为θ＝45°，相临两个二级分支间夹角为θ＝45°，相临两个三级分支间夹角为θ＝45°，线宽为1.5mm。将刻蚀后的PCB板切成大小为65mm×65mm，制得单层树枝状左手材料如附图2所示。单层树枝状左手材料的微波透射曲线如附图3所示。

实施例二：

采用电路板刻蚀技术，在厚度为1mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板的一面上刻蚀出金属树枝状结构单元阵列，单元间隔d＝6mm。树枝的从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝1.5mm，二级分支长度l₂＝0.8mm，三级分支长度l₃＝0.5mm，相临两个一级分支间夹角为θ＝60°，相临两个二级分支间夹角为θ＝58°，相临两个三级分支间夹角为θ＝57°，线宽为1mm。将刻蚀后的PCB板切成大小为30mm×30mm，制得单层树枝状左手材料如附图4所示。

实施例三：

采用电路板刻蚀技术，在厚度为1.5mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板的一面上刻蚀出金属树枝状结构单元阵列，单元间隔d＝15mm。树枝的从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝2.5mm，二级分支长度l₂＝2mm，三级分支长度l₃＝1mm，相临两个一级分支间夹角为θ＝72°，相临两个二级分支间夹角为θ＝53°，相临两个三级分支间夹角为θ＝50°，线宽为2mm。将刻蚀后的PCB板切成大小为100mm×100mm，制得单层树枝状左手材料如附图5所示。

实施例四：

采用电路板刻蚀技术，在厚度为2.5mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板的一面上刻蚀出金属树枝状结构单元阵列，单元间隔d＝5mm。树枝的从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝0.5mm，二级分支长度l₂＝0.5mm，三级分支长度l₃＝0.5mm，相临两个一级分支间夹角为θ＝36°，相临两个二级分支间夹角为θ＝25°，相临两个三级分支间夹角为θ＝40°，线宽为0.3mm。将刻蚀后的PCB板切成大小为30mm×20mm，制得单层树枝状左手材料，将6片单层左手材料热压成树枝状左手材料块材，如附图6所示。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利覆盖的范围内。

Claims

1.由树枝状结构单元构成的左手材料，其结构单元为金属树枝状结构，基板为环氧酚醛玻璃纤维PCB基板，其主要特征是仅需在PCB基板的单面刻蚀由一种树枝结构单元组成的阵列。

2.如权利要求1所述的由树枝状结构单元构成的左手材料，其特征是金属树枝状结构单元阵列的单元间隔d＝5～15mm，树枝从中心向外围的各级分支长度分别为一级分支长度l₁＝0.5～2.5mm，二级分支长度l₂＝0.5～2mm，三级分支长度l₃＝0.5～1mm，相临两个一级分支间夹角为θ₁＝20°～75°，相临两个二级分支间夹角为θ₂＝20°～75°，相临两个三级分支间夹角为θ₃＝20°～75°，线宽为0.1～2mm。

3.如权利要求1所述的由树枝状结构单元构成的左手材料的制备，工艺过程可以分成以下两种：

(1)使用单层单面覆铜PCB基板刻蚀，制备单层树枝状左手材料；

(2)使用多片相同尺寸的单层树枝状左手材料经过热压处理，制成多层树枝状左手材料块材。