CN101717989A - 三维光子晶体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三维光子晶体制造的新工艺方法，在计算机中设计具有微波特性的三维光子晶体模型；构建此模型的负型，并依据此光子晶体模型设计浇注系统，导出浇注系统模型为STL格式，利用光固化成型技术快速制备树脂模具，采用凝胶注模工艺成型结构，最后烧蚀树脂以制造三维光子晶体，具有制造周期短、成本低、可控性好等优点，适用于各种复杂结构三维光子晶体的加工制造。

Description

三维光子晶体的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种三维光子晶体的制造方法。
背景技术：
三维光子晶体是一种人造的空间周期性点阵结构，具有禁止一定频段范围内的电磁波传播的特性，在通讯、军事、科学研究等领域均有可观的发展前景。目前国内外常用的光子晶体制造技术主要有精密加工技术、半导体制造技术、胶体自组织法、模板法以及激光制造技术等。这些制造技术的应用原理不同，但都存在加工精度低、结构可控性差、制备周期长等问题。以精密加工技术为例，该技术在制造三维光子晶体的过程中，只能采用传统的机械加工。虽然加工精度高，但是对于任意复杂结构三维光子晶体的加工，仍然存在加工效率低、周期长，甚至无法加工制造的缺点。
三维光子晶体制造技术的应用缺陷将会阻碍光子晶体结构新特性的探索，并成为新型零器件应用装备的技术瓶颈。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种精确设计和制造复杂结构三维光子晶体的制造方法，该方法同时解决现有技术制造周期长、制造效率低的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
三维光子晶体的制造方法，包括以下步骤：
1)在计算机中设计用于成型三维光子晶体的浇注系统模型；
2)将浇注系统模型导入光固化快速成型机中，制造出树脂浇注系统；
3)预混合液配置：按质量百分比，取80％-90％的去离子水，在其中加入10％-20％的丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺，丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的质量比为18-30∶1；
4)浆料配置：向上述预混合液中加入与该预混合液难溶的金属化合物固体粉末，混合均匀制得浆料，所得浆料中固体的体积百分比为5％-65％；在浆料中加入过硫酸铵溶液作引发剂，以促进浆料固化，过硫酸铵的含量为预混合液质量的0.1％-0.4％；
5)将步骤4)的浆料注入到步骤2)的树脂浇注系统内，使浆料充分填充、固化；
6)待步骤5)的模型固化后，将素坯进行干燥，制得三维光子晶体。
步骤4)中所述与该预混合液难溶的金属化合物固体粉末是指在预混合液中溶解度小于0.01克的金属化合物固体粉末，所述溶解度是指100克20℃预混合液溶解物质的质量。
步骤4)中所述的金属化合物固体粉末可以选择三氧化二铝、二氧化钛、掺钒铌酸铋中的一种或几种混合物。
为提高浆料的稳定性，在上述步骤3)的预混合液中加入占固体粉末质量0.02％-0.16％的聚丙烯酸钠。
为缩短固化时间，提高固化效果，在上述步骤4)的浆料中加入占预混合液质量0.02％-0.08％的四甲基乙二胺。
为保持浆料稳定性，提高固化效果，在上述步骤4)的浆料中加入氨水调节浆料PH值为9-10。
为了提高光子晶体的介电性能，将步骤6)干燥后的素坯置于烧结炉中加热至坯体烧结温度，使得树脂完全烧蚀以及素坯完全烧结。
本发明提供的三维光子晶体制造成型工艺的有益效果：
1.采用光固化快速成型技术制造光子晶体浇注系统以及凝胶注模工艺成型模型，克服了目前三维光子晶体制造加工难度大的问题；
2.光固化快速成型技术直接读取光子晶体计算机模型数据，更加便于模型结构的设计和修改，简化光子晶体制造过程，实现模型设计、性能仿真和系统制造一体化，缩短从理论到实验，从实验到应用的开发周期；
3.采用凝胶注模工艺能够大幅度缩短光子晶体制造周期，降低制造成本；
4.运用光固化成型和凝胶注模相结合的工艺制造三维光子晶体，较传统机械加工、化学法以及半导体法等主流制造方法更加简单，且制造精度更高，对于三维光子晶体复杂结构的可控性也更好。
附图说明：
图1是本发明的三维光子晶体制造工艺流程图。
具体实施方式：
以下结合附图给出实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提出采用光固化快速成型技术与凝胶注模工艺相结合的方法制造三维光子晶体，利用光固化成型制造树脂浇注系统，并按凝胶注模工艺配置浆料注入树脂浇注系统，经过干燥和焙烧后制得。
实施例1
本发明的工艺步骤如下：
1、在计算机中设计具有微波特性的三维光子晶体模型；构建此模型的负型，并依据此光子晶体模型设计浇注系统，导出浇注系统模型为STL格式；
2、将STL格式模型导入光固化快速成型机中，制造树脂浇注系统；
3、配置预混液：取240.51ml去离子水，在其中加入丙烯酰胺56.96g和亚甲基双丙烯酰胺3.16g；
4、配置质量百分比浓度为18％的聚丙烯酸钠溶液，向预混液中加入0.05g该溶液；
5、配置浆料：在上述预混液中加入三氧化二铝粉末549.00g(密度为3.95g/cm3)，混合均匀制得浆料，该浆料中三氧化二铝的体积百分比为5％；向浆料中加入0.24g浓度为25％的四甲基乙二胺溶液，然后加入氨水调节浆料PH值至9～10；
6、将上述配置好的浆料放入球磨机，同时加入占浆料体积1/3的刚玉球；设置球磨频率30Hz，时间为3.5小时；
7、待浆料充分球磨后取出；配置浓度为30％的过硫酸铵溶液，取该溶液质量0.99g加入浆料中；
8、将上述浆料注入树脂浇注系统，通过振荡或真空抽取等手段使得浆料在系统内得到充分填充，然后进行固化；
9、待模型固化后，将素坯在常温常压下干燥48小时后，置于40℃常压环境下继续干燥72小时；
10、将干燥后的素坯置于烧结炉中加热至1550℃，使得树脂完全烧蚀以及素坯完全烧结，升温过程如下表：
  升温区间   升温时间   保温时间
  0℃～72℃   2h   1h
  72℃～200℃   16h   0.5h
  200℃～320℃   10h   1h
  320℃～520℃   2h   -
  520℃～720℃   4h   -
  720℃～1550℃   2.5h   1h
实施例2
本发明的工艺步骤如下：
1、在计算机中设计具有微波特性的三维光子晶体模型；构建此模型的负型，并依据此光子晶体模型设计浇注系统，导出浇注系统模型为STL格式；
2、将STL格式模型导入光固化快速成型机中，制造树脂浇注系统；
3、配置预混液：取107.70ml去离子水，在其中加入丙烯酰胺11.58g和亚甲基双丙烯酰胺0.39g；
4、配置质量百分比浓度为18％的聚丙烯酸钠溶液，向预混液中加入6.24g该溶液；
5、配置浆料：在上述预混液中加入二氧化钛粉末780g(密度为3.9g/cm3)，混合均匀制得浆料，该浆料中二氧化钛的体积百分比为65％；向浆料中加入0.38g浓度为25％的四甲基乙二胺溶液，加入氨水调节PH至9～10；
6、浆料配置完毕后，放入球磨机中，同时加入占浆料体积1/3的刚玉球；设置球磨频率30Hz，时间3.5小时；
7、浆料充分球磨后取出；配置浓度为30％的过硫酸铵溶液，取该溶液质量1.58g加入浆料中；
8、将上述浆料注入树脂浇注系统，通过振荡或真空抽取等手段使得浆料在系统内得到充分填充，然后进行固化；
9、待模型固化后，将素坯在常温常压下干燥48小时后，置于40℃常压环境下继续干燥72小时；
10、将干燥后的素坯置于烧结炉中加热至1200℃，使得树脂完全烧蚀以及素坯完全烧结，升温过程如下表：
  升温区间   升温时间   保温时间
  0℃～72℃   2h   1h
  72℃～200℃   20h   0.5h
  200℃～320℃   15h   1h
  320℃～520℃   2h   -
  520℃～720℃   6h   -
  720℃～1200℃   2h   1h
实施例3
本发明的工艺步骤如下：
1、在计算机中设计具有微波特性的三维光子晶体模型；构建此模型的负型，并依据此光子晶体模型设计浇注系统，导出浇注系统模型为STL格式；
2、将STL格式模型导入光固化快速成型机中，制造树脂浇注系统；
3、配置预混液：取54.46ml去离子水，在其中加入丙烯酰胺9.23g和亚甲基双丙烯酰胺0.38g；
4、配置质量百分比浓度为18％的聚丙烯酸钠溶液，向预混液中加入1.20g该溶液；
5、配置浆料：在上述预混液中加入掺钒铌酸铋粉末(Bi(Nb0.992V0.008)O4)400g(密度为7.345g/cm3)，混合均匀制得浆料，该浆料中掺钒铌酸铋的体积百分比为50％；向浆料中加入0.16g浓度为25％的四甲基乙二胺溶液，加入氨水调节PH至9～10；
6、浆料配置完毕后，放入球磨机中，同时加入占浆料体积1/3的刚玉球；设置球磨频率30Hz，时间3.5小时；
7、浆料充分球磨后取出；配置浓度为30％的过硫酸铵溶液，取该溶液质量0.51g加入浆料中；
8、将上述浆料注入树脂浇注系统，通过振荡或真空抽取等手段使得浆料在系统内得到充分填充，然后进行固化；
9、待模型固化后，将素坯在常温常压下干燥48小时后，置于40℃常压环境下继续干燥72小时；
10、将干燥后的素坯置于烧结炉中加热至920℃，使得树脂完全烧蚀以及素坯完全烧结，升温过程如下表：
  升温区间   升温时间   保温时间
  0℃～72℃   2h   1h
  72℃～200℃   20h   0.5h
  200℃～320℃   15h   1h
  320℃～520℃   2h   -
  520℃～720℃   6h   -
  720℃～920℃   40m   1h

Claims (7)

1.三维光子晶体的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在计算机中设计用于成型三维光子晶体的浇注系统模型；
2)将浇注系统模型导入光固化快速成型机中，制造出树脂浇注系统；
3)预混合液配置：按质量百分比，取80％-90％的去离子水，在其中加入10％-20％的丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺，丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的质量比为18-30∶1；
4)浆料配置：向上述预混合液中加入与该预混合液难溶的金属化合物固体粉末，混合均匀后制得浆料，所得浆料中固体的体积百分比为5％-65％；在浆料中加入过硫酸铵溶液作引发剂，以促进浆料固化，过硫酸铵的含量为预混合液质量的0.1％-0.4％；
5)将步骤4)的浆料注入到步骤2)的树脂浇注系统中，使浆料在系统内充分填充、固化；
6)待步骤5)的模型固化后，将素坯进行干燥，制得三维光子晶体。
2.根据权利要求1所述的三维光子晶体的制造方法，其特征在于，步骤3)的预混合液中加入占固体粉末质量0.02％-0.16％的聚丙烯酸钠。
3.根据权利要求1所述的三维光子晶体的制造方法，其特征在于，在步骤4)的浆料中加入占预混合液质量0.02％-0.08％的四甲基乙二胺。
4.根据权利要求1所述的三维光子晶体的制造方法，其特征在于，在步骤4)的浆料中加入氨水调节浆料PH值为9-10。
5.根据权利要求1所述的三维光子晶体的制造方法，其特征在于，步骤4)中所述与该预混合液难溶的金属化合物固体粉末是指在预混合液中溶解度小于0.01克的金属化合物固体粉末，所述溶解度是指100克20℃预混合液溶解物质的质量。
6.根据权利要求1所述的三维光子晶体的制造方法，其特征在于，步骤4)中所述的金属化合物固体粉末可以选择三氧化二铝、二氧化钛、掺钒铌酸铋中的一种或几种混合物。
7.根据权利要求1所述的三维光子晶体的制造方法，其特征在于，将步骤6)干燥后的素坯置于烧结炉中加热至坯体烧结温度，使得树脂完全烧蚀以及素坯完全烧结。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102304263A (zh) * 2011-07-14 2012-01-04 中国科学技术大学 光子晶体纸及其制备方法
CN102520480A (zh) * 2011-12-08 2012-06-27 西安交通大学 多介质耦合三维光子晶体及其设计制造方法
CN104198401A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 北京理工大学 醇类响应纤维素光子晶体膜的制备
CN106207448A (zh) * 2016-08-26 2016-12-07 长安大学 一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线
CN109822712A (zh) * 2019-01-20 2019-05-31 武汉因泰莱激光科技有限公司 激光增材制造设备及其太赫兹波段光子晶体的加工方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387069A (zh) * 2002-06-20 2002-12-25 南京大学 利用电沉积技术制备可调电子和光子带隙的三维半导体量子点光子晶体的方法
CN1556258A (zh) * 2004-01-02 2004-12-22 清华大学 一种氧化锌三维光子晶体的自组装制备方法
US7106938B2 (en) * 2004-03-16 2006-09-12 Regents Of The University Of Minnesota Self assembled three-dimensional photonic crystal
CN100337145C (zh) * 2004-06-22 2007-09-12 天津大学 一种产生三维光子晶体结构的方法和装置
CN100395377C (zh) * 2006-09-27 2008-06-18 中国科学院力学研究所 一种制备光子晶体的方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102304263A (zh) * 2011-07-14 2012-01-04 中国科学技术大学 光子晶体纸及其制备方法
CN102520480A (zh) * 2011-12-08 2012-06-27 西安交通大学 多介质耦合三维光子晶体及其设计制造方法
CN102520480B (zh) * 2011-12-08 2014-09-03 西安交通大学 多介质耦合三维光子晶体及其设计制造方法
CN104198401A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 北京理工大学 醇类响应纤维素光子晶体膜的制备
CN106207448A (zh) * 2016-08-26 2016-12-07 长安大学 一种利用三维光子晶体作为反射基板的偶极子天线
CN109822712A (zh) * 2019-01-20 2019-05-31 武汉因泰莱激光科技有限公司 激光增材制造设备及其太赫兹波段光子晶体的加工方法
CN109822712B (zh) * 2019-01-20 2021-11-05 武汉因泰莱激光科技有限公司 太赫兹波段光子晶体的加工方法

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