CN103030927B - 一种介质基板的制备方法及超材料 - Google Patents

一种介质基板的制备方法及超材料 Download PDF

Info

Publication number
CN103030927B
CN103030927B CN201110299697.3A CN201110299697A CN103030927B CN 103030927 B CN103030927 B CN 103030927B CN 201110299697 A CN201110299697 A CN 201110299697A CN 103030927 B CN103030927 B CN 103030927B
Authority
CN
China
Prior art keywords
medium substrate
organic resin
porous silica
meta materials
silica aerogel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110299697.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103030927A (zh
Inventor
刘若鹏
赵治亚
金曦
李雪
缪锡根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Original Assignee
Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuang Chi Institute of Advanced Technology, Kuang Chi Innovative Technology Ltd filed Critical Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority to CN201110299697.3A priority Critical patent/CN103030927B/zh
Publication of CN103030927A publication Critical patent/CN103030927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103030927B publication Critical patent/CN103030927B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供一种介质基板的制备方法以及超材料，超材料包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构，所述介质基板为有机树脂基板，所述有机树脂基板中均匀分布有多孔二氧化硅气凝胶粉体。其有益效果是：通过在超材料介质基板的材料中加入了多孔二氧化硅气凝胶粉体，能使超材料介质基板介电常数能达到1-2的极低范围，通过控制二氧化硅气凝胶粉体的加入量，可以进一步控制超材料介质基板的介电常数大小，为超材料的应用提供更为准确和灵活的设计途径；根据本发明提供超材料介质基板的制备方法制得的超材料，具有轻质、无毒、阻燃、廉价优点。

Description

一种介质基板的制备方法及超材料
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，具体地涉及超材料介质基板材料的制备技术。
【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，从而获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。
超材料的基本结构由介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构组成，阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性，能对电场或磁场产生电磁响应，通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计可以控制超材料各个基本单元的等效介电常数和等效磁导率，从而使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。
现有的超材料人造微结构一般为金属材料，而介质基板一般采用有机树脂基板，有机树脂基板材料的介电常数一般为3-5之间，而对于超材料的某些应用而言，往往需要更低介电常数的材料作为介质基板，在满足各种机械性能的同时，很难寻找到合适的材料。即使有更低介电常数且满足机械性能要求的材料，其介电常数大小受材料本身性质的决定而无法达到超材料需要的预定值。
另外，随着超材料应用领域的不断扩大，对超材料介质基板的要求也越来越高，如绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等，现有的介质基板材料尚不能满足要求。
【发明内容】
本发明为解决上述技术问题，提供一种具有较低介电常数且大小可控的超材料介质基板的制备方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种介质基板的制备方法，包括以下步骤：
a.制备多孔二氧化硅气凝胶粉体；
b.将多孔二氧化硅气凝胶粉体加入到有机树脂胶液中，混合均匀；
c.将所述有机树脂胶液均匀涂布到增强材料上，烘干，得到介质基板。
优选地，所述多孔二氧化硅气凝胶粉体的加入量为有机树脂胶液质量分数的30-80％，通过控制所述多孔二氧化硅气凝胶粉体的加入量，控制制得的介质基板的介电常数大小。
优选地，所述有机树脂胶液为热固性有机树脂、固化剂以及有机树脂溶剂的混合物。
优选地，所述热固性有机树脂为环氧树脂、溴化环氧树脂或环氧酚醛树脂。
优选地，所述增强材料为玻璃纤维布、陶瓷纤维布、碳纤维布或芳香族聚酰胺纤维布。
具体实施时，所述a步骤的制备方法是：
a1将硅源加入到乙醇和水的混合溶剂中，混合均匀；
a2调节pH值，静置后形成凝胶；
a3以乙醇或丙酮作为置换剂，去除所述凝胶内的水；
a4将乙醇或丙酮进行干燥，再进行热处理，得到块状多孔二氧化硅气凝胶，粉碎研磨后得到多孔二氧化硅气凝胶粉体。
所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶胶或水玻璃。
本发明还提供一种超材料，包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构，所述介质基板为有机树脂基板，所述有机树脂基板中均匀分布有多孔二氧化硅气凝胶粉体。
具体实施时，所述人造微结构为金属铜、银或金，所述有机树脂基板为热固性有机树脂与增强材料组成的复合基板。
本发明的有益效果是：
1、根据本发明提供超材料介质基板的制备方法，在超材料介质基板的材料中加入了多孔二氧化硅气凝胶粉体，由于多孔二氧化硅气凝胶粉体自身具有空气孔隙，而空气具有极低的介电常数，所以能降低整个超材料介质基板的介电常数，相比与现有有机树脂介质基板3-5的介电常数范围，本发明的超材料介质基板介电常数能达到1-2的极低范围，以该种介质基板制得的超材料在整体上能获得极低的介电常数；
2、通过控制二氧化硅气凝胶粉体的加入量，可以进一步控制超材料介质基板的介电常数大小，为超材料的应用提供更为准确和灵活的设计途径；
3、根据本发明提供超材料介质基板的制备方法制得的超材料，具有轻质、无毒、阻燃、廉价优点。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
首先制备多孔二氧化硅气凝胶粉体，可采用以下方法：以正硅酸乙酯为硅源，取正硅酸乙酯，水和乙醇混合均匀，摩尔比相当于正硅酸乙酯∶水∶乙醇为1∶3.5∶4-20，逐滴加入浓度为0.35mol/L的稀盐酸，调节pH值至2.5-3.5，60℃恒温水浴中静置120分钟，加入氨水调节pH值至4左右直至得到凝胶，在室温下老化一天，将所得的湿硅凝胶在无水乙醇中老化30天，最后以二氧化碳为干燥介质，进行超临界干燥，得到块状多孔二氧化硅气凝胶，粉碎研磨后得到多孔二氧化硅气凝胶粉体；
将多孔二氧化硅气凝胶粉体加入到环氧树脂胶液中，多孔二氧化硅气凝胶粉体为环氧树脂胶液质量分数的30％，环氧树脂胶液由以下成分配制，将二甲基甲酰胺和乙二醇甲醚搅拌混合，配成混合溶剂，加入双氰胺作为固化剂，加入环氧树脂，搅拌溶解，混合均匀后即得到环氧树脂胶液；
将环氧树脂胶液均匀涂布到玻璃纤维布上，烘干，得到玻璃纤维增强的半固化片，该半固化片即为超材料介质基板。
进一步的，为继续加工制备超材料，将上述半固化片与铜箔在一定温度和压力下进行压合，即可获得环氧树脂玻璃纤维覆铜板，根据现有PCB电路板的加工工艺，可以很方便地在环氧树脂玻璃纤维覆铜板上通过蚀刻的方法制备出具有特定排列规律的金属铜微结构，进而获得超材料。
经检测，本实施例介质基板的介电常数可达到接近于2，相对与现有环氧树脂玻璃纤维基板的介电常数具有明显的降低。
实施例2：
首先制备多孔二氧化硅气凝胶粉体，可采用以下方法：将正硅酸甲酯∶水∶乙醇∶HCl按1∶3.5∶8∶8.4×10-4的摩尔比混合得到混合溶液，60℃恒温水浴保温2小时，滴入质量分数为1.5％的氨水，调节pH值至2.5-3.5，进行二氧化碳超临界干燥，将气凝胶分别在空气中在1000℃温度下进行热处理，得到块状多孔二氧化硅气凝胶，粉碎研磨后得到多孔二氧化硅气凝胶粉体；
将多孔二氧化硅气凝胶粉体加入到溴化环氧树脂胶液中，多孔二氧化硅气凝胶粉体为溴化环氧树脂胶液质量分数的80％，溴化环氧树脂胶液由以下成分配制，以丙酮作为溶剂，加入二氨基二苯基甲烷作为固化剂，加入溴化环氧树脂，搅拌溶解，混合均匀后即得到溴化环氧树脂胶液；
将溴化环氧树脂胶液均匀涂布到碳纤维布上，烘干，得到碳纤维增强的半固化片，该半固化片即为超材料介质基板。
进一步的，为继续加工制备超材料，将上述半固化片与铜箔在一定温度和压力下进行压合，即可获得溴化环氧树脂碳纤维覆铜板，根据现有PCB电路板的加工工艺，可以很方便地在溴化环氧树脂碳纤维覆铜板上通过蚀刻的方法制备出具有特定排列规律的金属铜微结构，进而获得超材料。
经检测，本实施例介质基板的介电常数可达到接近于1，相对与现有环氧树脂玻璃纤维基板的介电常数具有明显的降低。
应当理解：本发明中，多孔二氧化硅气凝胶粉体的加入量为有机树脂胶液质量分数的30-80％，通过控制多孔二氧化硅气凝胶粉体的加入量，可使介质基板的介电常数在1-2的范围内得到调控。
应当理解：上述实施例中的热固性有机树脂包括但不限于环氧树脂、溴化环氧树脂或环氧酚醛树脂，增强材料包括但不限于玻璃纤维布、陶瓷纤维布、碳纤维布或芳香族聚酰胺纤维布。
根据上述实施例制备得到的超材料介质基板，在超材料介质基板的材料中加入了多孔二氧化硅气凝胶粉体，由于多孔二氧化硅气凝胶粉体自身具有空气孔隙，而空气具有极低的介电常数，所以能降低整个超材料介质基板的介电常数，相比与现有有机树脂介质基板3-5的介电常数范围，本发明的超材料介质基板介电常数能达到1-2的极低范围；
本发明通过控制二氧化硅气凝胶粉体的加入量，可以进一步控制超材料介质基板的介电常数大小，为超材料的应用提供更为准确和灵活的设计途径；同时，本发明的超材料介质基板还具有轻质、无毒、阻燃、廉价的优点。
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。

Claims (6)

1.一种介质基板的制备方法，包括以下步骤：
a.制备多孔二氧化硅气凝胶粉体，包括：将正硅酸甲酯:水:乙醇:HCl按1:3.5:8:8.4×10-4的摩尔比混合得到混合溶液，60℃恒温水浴保温2小时，滴入质量分数为1.5％的氨水，调节pH值至2.5-3.5，进行二氧化碳超临界干燥，将气凝胶分别在空气中在1000℃温度下进行热处理，得到块状多孔二氧化硅气凝胶，粉碎研磨后得到多孔二氧化硅气凝胶粉体；
b.将多孔二氧化硅气凝胶粉体加入到有机树脂胶液中，混合均匀，多孔二氧化硅气凝胶粉体为有机树脂胶液质量分数的80％；
c.将所述有机树脂胶液均匀涂布到增强材料上，烘干，得到介质基板。
2.根据权利要求1所述的介质基板的制备方法，其特征在于，所述有机树脂胶液为热固性有机树脂、固化剂以及有机树脂溶剂的混合物。
3.根据权利要求2所述的介质基板的制备方法，其特征在于，所述热固性有机树脂为环氧树脂、溴化环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的介质基板的制备方法，其特征在于，所述增强材料为玻璃纤维布、陶瓷纤维布、碳纤维布或芳香族聚酰胺纤维布。
5.一种超材料，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：所述介质基板为如权利要求1至4任一项所述的方法制备而成的介质基板。
6.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，所述人造微结构为金属铜、银或金。
CN201110299697.3A 2011-09-30 2011-09-30 一种介质基板的制备方法及超材料 Active CN103030927B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110299697.3A CN103030927B (zh) 2011-09-30 2011-09-30 一种介质基板的制备方法及超材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110299697.3A CN103030927B (zh) 2011-09-30 2011-09-30 一种介质基板的制备方法及超材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103030927A CN103030927A (zh) 2013-04-10
CN103030927B true CN103030927B (zh) 2016-07-06

Family

ID=48018352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110299697.3A Active CN103030927B (zh) 2011-09-30 2011-09-30 一种介质基板的制备方法及超材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103030927B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104250442B (zh) * 2013-06-28 2016-12-28 深圳光启创新技术有限公司 吸波复合材料及其制备方法、超材料及其应用
CN103497475B (zh) * 2013-10-10 2016-08-17 成都思摩纳米技术有限公司 一种玻璃钢及其制备方法
CN108621351A (zh) * 2017-03-17 2018-10-09 长沙星纳气凝胶有限公司 一种气凝胶复合材料的制备方法
CN107573638A (zh) * 2017-09-01 2018-01-12 巢湖鹏远金属焊管有限公司 一种用于金属焊管的固定型防护材料的制备方法
CN110028759A (zh) * 2018-11-15 2019-07-19 许文强 一种基于多孔凝胶改性的环氧树脂电子封装材料的制备方法
CN112063106B (zh) * 2020-08-03 2022-06-21 中国建筑股份有限公司 一种环氧树脂轻质复合材料及其制备方法
CN111909490B (zh) * 2020-08-17 2021-12-14 清华大学 环氧树脂复合材料及其制备方法
CN114437479B (zh) * 2020-10-30 2024-01-12 河南爱彼爱和新材料有限公司 一种高频半固化片、高频覆铜板及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0340707A2 (de) * 1988-05-03 1989-11-08 BASF Aktiengesellschaft Dämmstoff der Dichte 0,1 bis 0,4 g/cm3
CN1783357A (zh) * 2004-11-30 2006-06-07 财团法人工业技术研究院 改质介孔二氧化硅粉体、生成低介电环氧树脂与低介电聚亚酰胺树脂的前驱溶液、低介电常数基板及其形成方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0340707A2 (de) * 1988-05-03 1989-11-08 BASF Aktiengesellschaft Dämmstoff der Dichte 0,1 bis 0,4 g/cm3
CN1783357A (zh) * 2004-11-30 2006-06-07 财团法人工业技术研究院 改质介孔二氧化硅粉体、生成低介电环氧树脂与低介电聚亚酰胺树脂的前驱溶液、低介电常数基板及其形成方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
常压干燥制备二氧化硅气凝胶;吴国友等;《化学进展》;20101031;第22卷(第10期);第1892-1900页 *
高频印制电路基板材料;杨邦朝等;《电子与封装》;20011231;第1卷(第2期);第11-16页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103030927A (zh) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103030927B (zh) 一种介质基板的制备方法及超材料
CN103085385A (zh) 一种聚四氟乙烯基板及其制备方法
CN101722604B (zh) 纤维基材与二氧化硅气凝胶复合保温隔热套筒的制备方法
CN103029403B (zh) 超材料及其制备方法
CN108179628A (zh) 气凝胶纤维复合毡的制备方法及气凝胶纤维复合毡和应用
CN111546722A (zh) 一种加强型高导热云母带及其制备方法
JP2013117024A (ja) プリプレグ及びこれを含むプリント回路基板
CN106832926A (zh) 用于导热的石墨混合物、石墨膜及其制备方法和应用
CN102964140B (zh) 一种超材料介质基板的制备方法
WO2017113522A1 (zh) 一种环氧树脂组合物以及使用其的预浸料和层压板
CN104210181B (zh) Led灯用高导热覆铜板及其制备方法
CN107901451A (zh) 一种高耐温树脂基覆铜板的制备技术
CN103296449A (zh) 一种基板及超材料
CN108611913B (zh) 一种防火绝热玻璃纤维材料及其制备方法
CN105235318A (zh) 一种大介电常数覆铜板的制备方法
CN104943267A (zh) 一种聚四氟乙烯基板及其制备方法
CN108840347A (zh) 一种粘土-二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法
CN108112160A (zh) 一种碳纤维-镀镍碳纳米管填充的绝缘铝基板的制备方法
CN107673680A (zh) 一种建筑用节能环保材料及其制备方法
Mehdipour et al. Advanced carbon-fiber composite materials for RFID tag antenna applications
CN113527760A (zh) 一种膨体聚四氟乙烯（ePTFE）-二氧化硅气凝胶复合隔热薄膜材料的制造方法
CN106866051A (zh) 一种具热电特性的建筑材料、制备方法及建筑板材
CN106129239A (zh) 一种新型高性能热沉材料
CN102531520B (zh) 一种介质基板的制备方法及超材料
CN107793515A (zh) 四氟乙烯‑乙烯醇共聚物及采用其制备的半固化片和覆铜板

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant