CN103172883B

CN103172883B - 超材料基板加工方法

Info

Publication number: CN103172883B
Application number: CN201110440984.1A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 赵治亚; 法布里齐亚·盖佐; 黄新政
Original assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: CN103172883A

Abstract

本发明提供一种超材料基板加工方法，选用热塑性高分子作为基材制成基板，然后将基板升温至接近基材材料熔点，在此软化温度内将基板加工成所需外型，由此得到复杂形状超材料基板。由于基板的特定形状，克服了现有基板上超材料微结构只能是平板或两点弯曲结构的缺陷，可以满足某些场合的特殊需求。

Description

超材料基板加工方法

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料基板加工方法。

【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。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。一个最直观的例子是晶体。晶体在原子尺度上是排列有序的，正因为此，晶体材料拥有一些无定型态所不具备的物理特征。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备的物理性质。通常人造结构的尺寸为所需响应波长的十分之一，否则这些人造结构所组成的排列在空间中不能被视为连续。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。

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，受PCB加工工艺的制约，PCB加工的超材料微结构只能是平板或两点弯曲结构，无法完成曲面等复杂形状超材料的开发。而现有的PCB基板中除PI柔性板可以大角度弯曲外，其它基板都无法弯曲，并且包括PI板在内的所有PCB基板都无法完成复杂结构的设计。

需要一种新的基板加工方法，能够使基板被加工成具有复杂的形状，以满足某些场合的特殊需求。

【发明内容】

根据本发明的一个主要方面，提供一种超材料基板加工方法，该方法包括以下步骤：

a、选用热塑性高分子材料加工成基板片材；

b、将金属箔附在基板片材上，并制作出基板的微结构；

c、将上述的超材料基板升温至接近基板片材熔点附近，使基板片材成软化状态；

d、将软化的基板片材设计成预订的形状后，使之冷却硬化，得到预定形状的超材料基板。

根据本发明的一个方面，热塑性高分子包括PP，PE，PS，ABS，PC，PBT，PET，PA，PMMA，PVC，PPO，PPS，PEI。

根据本发明的一个方面，将热塑性高分子材料加工成基板片材的方式包括螺杆挤出、热压、高温流延。

根据本发明的一个方面，金属箔包括铜箔、金箔、银箔。

根据本发明的一个方面，金属箔利用胶粘方式附在基板片材上。

根据本发明的一个方面，金属箔的粗化面先经偶联剂进行表面处理才附在基板片材上。

根据本发明的一个方面，制作出基板的微结构的方式包括光蚀刻、化学蚀刻、电化学沉积、激光直写。

根据本发明的一个方面，将软化的基板片材设计成预订的形状的方式包括吸塑、模压。

根据本发明的一个方面，微结构包括多个阵列排布的微结构单元，微结构单元为工字型或工字衍生型金属线结构。

根据本发明的一个方面，微结构包括多个阵列排布的微结构单元，微结构单元为开口环型或开口环衍生型金属线结构。

应当认识到，本发明以上各方面中的特征可以在本发明的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制——只要组合后的技术方案落在本发明的实质精神内。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明的附图作简单地介绍，其中：

图1示意性地显示了根据本发明的超材料基板加工方法的流程。

图2-5示意性地显示了根据本发明的方法得到的微结构的基本单元的形状。

【具体实施方式】

下文将结合本发明的优选实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

需要明白，下文的描述(包括附图)仅仅是示例性的，而非对本发明的限制性描述。在以下描述中会涉及到部件的具体数量，然而也需要明白的是，这些数量也仅仅是示例性的，本领域技术人员可以参照本发明任意选取适当数量的部件。并且，在本发明中所提及的“第一”、“第二”等字眼，并非表示对部件重要性的排序，仅仅作区别部件名称之用。

除非另有明确定义，本申请上下文中使用的术语具有本领域中通常使用的含义。

图1示意性地显示了根据本发明的超材料基板加工方法的流程。其具体的制备方式可以参见下列的具体实施例。

根据本发明的优选实施例，实现进行超材料的基板制备。基板的基材首选PP(聚丙烯)材料，不过，其他例如PE，PS，ABS，PC，PBT，PET，PA，PMMA，PVC，PPO，PPS，PEI等热塑性高分子材料也都是可以选用的。基板的基材选择为热塑性高分子材料的原因主要是后期加热软化成型的需要。

接着，将PP材料利用高温流延的方法加工成5cm厚的片材。高温流延的方法可以参见已知的文献。另外，其他加工方法例如螺杆挤出、热压等也是可行的。

接下来，选择铜箔作为基板表面微结构的材料。将铜箔的粗化面优选地首先经例如IAAT(Isopropyl tris(N-amino-ethyl aminoethyl)titanate)作为偶联剂进行表面处理，然后在基板片材上均匀涂覆一层胶水，再将铜箔覆上基板。接着通过例如光蚀刻的方法在基板上蚀刻出预订的铜金属微结构。化学蚀刻、电化学沉积、激光直写等其他微结构加工工艺也可以用在本发明中。而制作出的基板的微结构包括多个阵列排布的微结构单元，这些微结构单元根据预先的设计可以是工字型或工字衍生型金属线结构、或是开口环型或开口环衍生型金属线结构(参见图2-5)。

经上述加工后，将超材料基板加热升温至约90℃，在此温度下，PP材料的基材会软化。此时，将软化的基材放置在预先设计好带曲面的吸塑模具中(也可先将基板固定在模具中再进行软化)，开动吸塑机抽气，在模具中形成负压力，让超材料基板吸附在模具上成型，然后冷却脱模。由此，制得带有曲面的超材料基板。

在本发明的其他实施例中，超材料基板的形状可以包括曲面形状、球面形状、椭球面形状、凹凸形状，还可以包括这些形状的任意组合。而除了吸塑的成型方式外，也可以采用模压的方式，例如在制备具有凹下形状的超材料基板时，使用模压的方式是不错的形状。

根据本发明的方法，能够得到具有特定形状的基板，克服了现有基板上超材料微结构只能是平板或两点弯曲结构的缺陷，可以满足某些场合的特殊需求。

还需要明白，以上根据优选的实施方式对本发明作了详细的描述，不过需要理解的是，本发明的范围并不局限于这些具体的实施方式，而是包括本领域技术人员根据本发明的公开能够做出的任何改动和变更。

Claims

1.一种超材料基板加工方法，该方法包括以下步骤：

a、选用热塑性高分子材料加工成基板片材；

b、将金属箔附在基板片材上，并制作出基板的微结构；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热塑性高分子包括PP，PE，PS，ABS，PC，PBT，PET，PA，PMMA，PVC，PPO，PPS，PEI。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述热塑性高分子材料加工成基板片材的方式包括螺杆挤出、热压、高温流延。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属箔包括铜箔、金箔、银箔。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属箔利用胶粘方式附在基板片材上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属箔的粗化面先经偶联剂进行表面处理才附在基板片材上。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作出所述基板的微结构的方式包括光蚀刻、化学蚀刻、电化学沉积、激光直写。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将软化的基板片材设计成预订的形状的方式包括吸塑、模压。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述微结构包括多个阵列排布的微结构单元，微结构单元为工字型或工字衍生型金属线结构。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述微结构包括多个阵列排布的微结构单元，微结构单元为开口环型或开口环衍生型金属线结构。