CN102477166A - 一种超材料基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超材料基板及其制备方法，利用微球发泡剂制备成含有中空微球的超材料基板，通过引入空气降低了基板的密度和介电常数；使用热塑性聚合物为主体的材料作为基板，与硬质的陶瓷材料相比，质量轻，介电常数和损耗小，应用领域宽；通过控制微球发泡剂的比例和选择膨胀率不同的微球发泡剂可以制备成介电常数不同的超材料基板，拓展了其应用。
Description
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，尤其涉及超材料的基板和制备方法。
【背景技术】
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，可以突破某些表观自然规律的限制，从而或得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料，因此为设计和合成超材料，人们进行了很多研究工作。2000年，加州大学的Smith等人指出周期性排列的金属线和开环共振器(SRR)的复合结构可以实现介电常数ε和磁导率μ同时为负的双负材料，也称左手材料。之后他们又通过在印刷电路板(PCB)上制作金属线和SRR复合结构实现了二维的双负材料。目前超材料结构的实现主要还是以在PCB板上制作金属线完成，传统的PCB基板介电常数较高，损耗较大，市场上介电常数最低的四氟乙烯基板介电常数一般也高于2.5，无法满足部分高要求超材料设计的要求。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种含有中空微球的超材料基板及其制备方法，用中空的微球代替大部分实体介质，从而得到低介电常数的基板。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、将微球发泡剂和热塑性聚合物熔体混合，搅拌成均匀的混合体系；
b、将混合体系加热至微球发泡剂的发泡温度，让微球充分膨胀；
c、将发泡完全的混合体系注入到预制好的模具内，然后冷却、脱模，制备成含有中空微球的超材料基板。
进一步改进，通过控制模具的厚度来控制超材料板的厚度，从而可以制成薄膜，实现制备柔性超材料。
所述的步骤a进一步包括a1：所述的混合体系真空脱泡5-10分钟。
通过控制所述微球发泡剂的量来控制所制成基板中中空微球的含量。
进一步改进，所述的微球发泡剂的加入比例越大，所制成的基板的介电常数越小。
所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。
所述的中空微球的孔径由微球发泡剂的膨胀率控制。
进一步改进，微球发泡剂的膨胀率越大，所述的中空微球的孔径越大，从而基板的介电常数越小。
一种超材料基板，其特征在于：由热塑性聚合物制成的基板含有中空微球。
所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。
原理为：微球发泡剂是一种核壳结构，外壳为热塑性丙烯酸树脂类聚合物，也可以是其他热塑性脂类聚合物，内核为烷烃类气体组成的球状塑料颗粒，直径一般10-45微米。当加热到一定温度时，热塑性壳体软化，壳体里面的烷烃类气体膨胀，发泡剂的体积可以迅速膨胀到自身的几十倍，微球外壳不会破裂，仍保持一个完整的密封球体，从而达到发泡的效果。将微球发泡剂与热塑性聚合物熔体充分混合后加热到相应的发泡温度，待发泡完成后冷却固化即可得到含有中空微球的超材料基板。
本发明的有益效果是，利用微球发泡剂制备成含有中空微球的超材料基板，通过引入空气降低了基板的密度和介电常数；使用热塑性聚合物为主体的材料作为基板，与硬质的陶瓷材料相比，质量轻，介电常数和损耗小，应用领域宽。
【附图说明】
图1为实施例一超材料基板示意图。
图2为实施例二超材料基板示意图。
图3为实施例三超材料基板示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种超材料基板的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
a、将微球发泡剂和热塑性聚合物熔体混合，搅拌成均匀的混合体系，然后真空脱泡5-10分钟；
具体的，所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种；
b、将混合体系加热至微球发泡剂的发泡温度，让微球充分膨胀；
具体的，通过控制所述微球发泡剂的比例来控制所制成基板中中空微球的含量，根据实际应用中基板所需的介电常数来调节微球发泡剂的比例，微球发泡剂的加入比例越大所制成的基板的介电常数越小；同时，中空微球的孔径由微球发泡剂的膨胀率控制，微球发泡剂的膨胀率越大，所述的中空微球的孔径越大，从而基板的介电常数越小；
c、将发泡完全的混合体系注入到预制好的模具内，然后冷却、脱模，制备成含有中空微球的超材料基板，通过控制模具的厚度来控制超材料板的厚度，从而可以制成薄膜，实现制备柔性超材料。
由热塑性聚合物制成的基板含有中空微球，所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。
原理为：微球发泡剂是一种核壳结构，外壳为热塑性丙烯酸树脂类聚合物，也可以是其他热塑性脂类聚合物，内核为烷烃类气体组成的球状塑料颗粒，直径一般10-45微米。当加热到一定温度时，热塑性壳体软化，壳体里面的烷烃类气体膨胀，发泡剂的体积可以迅速膨胀到自身的几十倍，微球外壳不会破裂，仍保持一个完整的密封球体，从而达到发泡的效果。将微球发泡剂与热塑性聚合物熔体充分混合后加热到相应的发泡温度，待发泡完成后冷却固化即可得到含有中空微球的超材料基板。
利用微球发泡剂制备成含有中空微球的超材料基板，通过引入空气降低了基板的密度和介电常数；使用热塑性聚合物为主体的材料作为基板，与硬质的陶瓷材料相比，质量轻，介电常数和损耗小，应用领域宽。
实施例一：如图1所示，
a、将微球发泡剂和聚乙烯熔体混合，搅拌成均匀的混合体系，然后真空脱泡5分钟，所述的微球发泡剂外壳为热塑性丙烯酸树脂类聚合物，内核烷烃气体组成的球状塑料颗粒，直径一般20微米；
b、将混合体系加热至微球发泡剂的发泡温度150℃，让微球充分膨胀，壳体里面的烷烃气体膨胀，发泡剂的体积可以迅速膨胀到自身的25倍；
c、将发泡完全的混合体系注入到预制好的模具内，然后冷却、脱模，制备成含有中空微球的超材料基板。
利用微球发泡剂制备成含有中空微球的超材料基板，通过引入空气降低了基板的密度和介电常数；并且通过调节微球发泡剂的比例也可以来控制所制基板的密度和介电常数，微球发泡剂的比例越大，所制成的基板的密度和介电常数都越小；
实施例二：如图2所示，
实施例二与实施例一的不同点在于：内核的烷烃类气体球状塑料颗粒不同，采用的是膨胀率相对于实施例一要大一些的烷烃气体颗粒，发泡剂的体积可以膨胀到自身的30-70倍，制备相对于与实施例一介电常数更低的超材料基板，采用不同的烷烃类气体颗粒，微球发泡剂的膨胀率不同，从而制备的超材料基板的介电常数也不同；微球发泡剂的膨胀率越大，所述的中空微球的孔径越大，介电常数也就越小。
应当理解，采用相对于实施例一中的烷烃气体颗粒体积要大一些的微球发泡剂，相对应地，膨胀率也会变大。
实施例三：如图3所示，
相对于实施例一和实施例二，实施例三将具有不同膨胀率的微球发泡剂一起与聚乙烯熔体混合，然后加热让微球充分膨胀，制备成含有不同直径的中空微球的超材料基板，通过引入空气降低了基板的密度和介电常数。
综上所述，控制微球发泡剂的比例和选择不同膨胀率的微球发泡剂可以制备成介电常数不同的超材料基板，拓展了其应用。
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。
Claims (7)
1.一种超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、将微球发泡剂和热塑性聚合物熔体混合，搅拌成均匀的混合体系；
b、将混合体系加热至微球发泡剂的发泡温度，让微球充分膨胀；
c、将发泡完全的混合体系注入到预制好的模具内，然后冷却、脱模，制备成含有中空微球的超材料基板。
2.根据权利要求1所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的步骤a进一步包括a1：所述的混合体系真空脱泡5-10分钟。
3.根据权利要求1所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：通过控制所述微球发泡剂的比例来控制所制成基板中中空微球的含量。
4.根据权利要求1所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。
5.根据权利要求1所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的中空微球的孔径由微球发泡剂的膨胀率控制。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法制备的超材料基板，其特征在于：由热塑性聚合物制成的基板含有中空微球。
7.根据权利要求6所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯任意一种。
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