CN102965624B - 一种超材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超材料及其制备方法，在真空环境下，将蒸镀容器中所需成膜的金属加热至蒸发温度，使金属升华，在低温的基板上形成晶核，然后长大合并形成厚度均匀的金属膜。利用真空蒸镀法为基板镀膜，制成的金属膜纯度高，厚度也可以根据蒸镀时间控制至纳米量级；并且成膜快、效率高，工艺重复性好，无污染、环保；大大减少了金属用量，尤其当选择贵金属作为超材料微结构时，可以降低成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料及其制备方法。
【背景技术】
超材料是一种以人造结构为基本单元、并以特定方式进行空间排布的具有自然界材料所不具有的、特殊物理化学性质的新型材料，它的特殊性质不是由其材料本身的化学组成，而是由其人造结构的特征所决定的。
超材料的特殊性质在很大程度上取决于材料的关键物理尺度，例如晶体在原子尺度上是排列有序的，正因为如此，晶体材料拥有一些无定型态所不具有的物理特征，由此类比，在其它层次上的有序排列则可能获得一定程度的自然界中的材料所不具有的物理性质。
超材料包括人造结构以及人造结构所附着的材料，该附着材料对人造结构起到支撑作用，因此可以是任何与人造结构不同的材料，这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，而这两个物理参数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。
超材料的制备在技术上目前主要通过光蚀刻、电化学沉积等技术在基底材料上镀上有特定重复图案的铜层来实现。由于光蚀刻等技术本身的限制，基底材料一般为硬质的FR4板。柔性可弯曲伸缩的基底材料或封装材料是现阶段许多研究小组正在致力研究的热点。目前所报道的超材料中，微结构单元的组成材料一般都是金属，如铜、金、银等，重复图案主要为开口谐振环(SRR)或者传输线结构。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：利用真空蒸镀技术将金属镀到基板上，成膜快、效率高、操作简单。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种超材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
将洁净并干燥后的基板放置在蒸镀容器内的工作台上；
在真空环境下，将蒸镀容器内的金属加热直至升华成为金属蒸汽；
所述的金属蒸汽通过掩膜板在基板上形成一层均匀的金属膜，金属膜图案为超材料的微结构。
所述的步骤进一步包括：为使所述的基板表面平整，在基板洁净并干燥之前对所述的基板抛光处理。
所述的蒸镀容器设置有使金属原子往同一个方向运动的电场。
所述的金属与电源相连，采用电加热所述的金属。
所述的金属膜图案的厚度由蒸镀的时间控制。
所述的蒸镀时间越长，所述的金属膜图案的厚度越厚。
进一步改进，所述的金属膜图案的厚度可以在纳米量级。
所述的金属膜图案由所述的掩膜板控制。
所述的金属为金、银、铂、铝或铜。
所述的基板材质为硬质的或柔性的板材或薄膜。
所述的基板为纸质基板。
一种超材料，其特征在于：包括以上所述方法制备的超材料。
本发明的原理为：在真空环境下，将蒸镀容器中所需成膜的金属加热至蒸发温度，使金属升华，在低温的基板上形成晶核，然后长大合并形成厚度均匀的膜。
本发明的有益效果为：
1、利用真空蒸镀法为基板镀膜，操作简单、容易；制成的金属膜纯度高，厚度也可以根据蒸镀时间控制至纳米量级；并且成膜快、效率高，工艺重复性好；
2、本发明使用蒸镀工艺，无污染、环保；并且大大减少了金属用量，尤其当选择贵金属作为超材料微结构时，可以降低成本；
3、相对于传统的光蚀刻技术对基板材料的局限性，蒸镀技术对基板材料的选择范围较宽，可以是各类板材薄膜，包括柔性的、刚性的，也可以是纸张、布料类。
【附图说明】
图1为本发明实施例一的原理结构图。
【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。
一种超材料的制备方法，及由这种方法制得的超材料，所述的制备方法包括以下步骤：
a、将洁净并干燥后的基板放置在蒸镀容器内的工作台上；
如果所述的基板的表面不平整，在对基板洁净干燥之前可以对所述的基板进行抛光处理，使基板表面平整；
b、在真空环境下，将蒸镀容器内的金属加热直至升华成为金属蒸汽；
具体的，所述的蒸镀容器内加有一电场，使金属原子往同一个方向运动，避免金属原子在蒸镀容器内四溅，浪费金属，减少了金属用量，降低了成本；
c、所述的金属蒸汽通过掩膜板在基板上形成一层均匀的金属膜，金属膜图案为超材料的微结构；
具体的，所述的金属膜图案由掩膜板控制，同时金属膜图案的厚度由所蒸镀的时间长短控制，蒸镀时间越长，金属膜图案越厚，从而金属膜图案的厚度可以准确的控制在纳米量级内。
所述的金属一般为金、银、铂、铝或铜，可以制成金属丝状，所述的金属与电源相连，采用电加热所述的金属，也可以用其他的加热方式对金属加热直至升华；
相对于传统的光蚀刻技术对基板材料的局限性，蒸镀技术对基板材料的选择范围较宽，可以是硬质的或柔性的板材或薄膜，也可以是纸质基板，甚至是布料类的，如果基板是非极性的如PE膜，可以通过涂布粘结剂来提高基板表面与蒸镀层得粘结性；基板采用耐热性较低的树脂类材料的话，为了使基板不会因为过高的温度而变形，有必要对蒸镀时间和金属的选择做出适当的调整。
利用真空蒸镀法为基板镀膜，操作简单、容易；制成的金属膜纯度高，厚度也可以根据蒸镀时间控制至纳米量级；并且成膜快、效率高，工艺重复性好；蒸镀工艺无污染、环保，并且大大减少了金属用量，尤其当选择贵金属如金作为超材料微结构时，可以降低成本。
实施例一：
结合图1，本发明的原理结构为：经过抛光、洁净和干燥后的基板4放置在蒸镀容器内1的工作台2上，掩膜板3固定在所述基板4的正下方；
铜丝6两端分别与电源相连，采用电加热铜丝；并在蒸镀容器1内加一电场，电场的负极与工作台2相连，电场的正极与铜丝6相连，使金属原子都向工作台2方向运动，避免金属原子在蒸镀容器内四溅，浪费金属，减少了金属用量，降低了成本；
对蒸镀容器1抽真空，加热铜丝6至蒸发温度，使铜丝升华，通过掩膜板3在相对低温的基板4上形成晶核，然后长大合并形成一层厚度均匀的铜膜，铜膜图案为超材料的微结构，并且图案可以用掩膜板控制；
蒸镀完成之后，通过加气阀向蒸镀容器内充入冷却气体，取出制得的超材料。
如果基板采用耐热性较低的树脂类材料的话，防止基板不会因为过高的温度而变形，有必要对蒸镀时间和金属的选择做出适当的调整。
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 (6)
1.一种超材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
将洁净并干燥后的基板放置在蒸镀容器内的工作台上；所述基板采用树脂类基板；
在真空环境下，将蒸镀容器内的金属加热直至升华成为金属蒸汽，防止基板因为温度过高而变形；
所述的金属蒸汽通过掩膜板在基板上形成一层均匀的金属膜，金属膜图案为超材料的微结构；所述的步骤进一步包括：为使所述的基板表面平整，在基板洁净并干燥之前对所述的基板抛光处理；
所述的蒸镀容器设置有使金属原子往同一个方向运动的电场。
2.根据权利要求1所述的超材料的制备方法，其特征在于：所述的金属与电源相连，采用电加热所述的金属。
3.根据权利要求1所述的超材料的制备方法，其特征在于：所述的金属膜图案的厚度由蒸镀的时间控制。
4.根据权利要求1所述的超材料的制备方法，其特征在于：所述的蒸镀时间越长，所述的金属膜图案的厚度越厚。
5.根据权利要求1所述的超材料的制备方法，其特征在于：所述的金属膜图案由所述的掩膜板控制。
6.根据权利要求1所述的超材料的制备方法，其特征在于：所述的金属为金、银、铂、铝或铜。
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