CN103296445B - 超材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超材料的制造方法，用于在一介质基板上形成多个金属微结构，包括以下步骤：在所述介质基板上涂覆感光油墨；对感光油墨进行干燥，使感光油墨形成一层感光膜；制作一具有与所述金属微结构相同的图案的底片，并将所述底片覆盖于所述感光膜上；对所述感光膜进行曝光，使对应所述底片的无图像部分的受光部分固化；在所述感光膜上覆金属箔；对由所述介质基板、感光膜及金属箔组成的多层结构加温和加压，使所述感光膜的未受光部分热熔而将相应的金属箔部分黏结于所述介质基板上；除去未与所述介质基板黏结在一起的金属箔部分，即在所述介质基板上形成多个所述金属微结构，从而制得超材料。该制造方法工艺步骤简单、易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及超材料，更具体地说，涉及一种超材料的制造方法。
背景技术
超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。当前，人们是在介质基板上周期性地排列具有一定几何形状的金属微结构来形成超材料。由于人们可以利用金属微结构的几何形状和尺寸以及排布方式来改变超材料空间各点的介电常数和/或磁导率，使其产生预期的电磁响应，因此人们展望，未来超材料在各个领域会有广泛的应用前景，并积极投入研发。
目前，人们通常利用与制造PCB板类似的化学蚀刻工艺来制造超材料，不仅工艺过程复杂，而且工艺条件难以控制，操作不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种工艺步骤简单、易于控制的超材料的制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超材料的制造方法，用于在一介质基板上形成多个金属微结构，该方法包括以下步骤：
在所述介质基板上涂覆感光油墨；
对所述感光油墨进行干燥，使所述感光油墨形成一层感光膜；
制作一具有与所述金属微结构相同的图案的底片，并将所述底片覆盖于所述感光膜上；
对所述感光膜进行曝光，使对应所述底片的无图像部分的受光部分固化；
在所述感光膜上覆金属箔；
对由所述介质基板、感光膜及金属箔组成的多层结构加温和加压，使所述感光膜上对应所述底片的图像部分的未受光部分热熔而将相应的金属箔部分黏结于所述介质基板上；
除去未与所述介质基板黏结在一起的金属箔部分，即在所述介质基板上形成多个所述金属微结构，从而制得超材料。
优选地，在所述介质基板上涂覆所述感光油墨之前对所述介质基板进行处理。
优选地，所述感光油墨是用丝网涂覆到所述介质基板上的。
优选地，对所述感光油墨进行干燥时使用丝网烘烤箱。
优选地，所述感光油墨是用喷枪喷涂到所述介质基板上的。
优选地，所述感光油墨是紫外线固化型油墨。
优选地，使用紫外线对所述感光膜进行曝光。
优选地，所述紫外线是由紫外线灯管发出的。
优选地，在所述介质基板上轮流涂覆多次感光油墨和对感光油墨进行干燥。
优选地，对由所述介质基板、感光膜及金属箔组成的多层结构加温和加压包括：让所述介质基板、感光膜及金属箔放置于一烫印机的电热底板上；将所述烫印机的压力辊压制于所述金属箔上；让所述电热底板升温而对所述介质基板、感光膜、金属箔和压力辊进行加热，使所述感光膜上对应所述底片的图像部分的未受光部分热熔并利用所述烫印机的压力辊的压力由所述感光膜的热熔部分将相应部分的金属箔黏结于所述介质基板上。
本发明的超材料的制造方法具有以下有益效果：工艺步骤简单、易于控制，而且生产效率较高，适于现代规模化生产。
附图说明
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明的超材料的制造方法所要制作的超材料的平面示意图；
图2是本发明的超材料的制造方法的第一实施例的流程图；
图3和图4是利用图2中的方法制造超材料的过程示意图；
图5是本发明的超材料制造方法的第二实施例的流程图；
图6至图9是利用烫印机来实施本发明的超材料制造方法的流水作业图。
图中各标号对应的名称为：
12、29底片、14、24感光膜、16、26金属箔、300超材料、302介质基板、304金属微结构、306超材料单元、400烫印机、402电热底板、404压力辊
具体实施方式
如图1所示，本发明的超材料的制造方法是用于在一介质基板302上形成多个金属微结构304。一般，所述介质基板302由陶瓷或高分子聚合物等材料制成。我们将每个金属微结构304及其所在的介质基板302部分人为定义为一个超材料单元306，每个超材料单元306的几何尺寸小于所需响应的电磁波波长的五分之一，优选为十分之一。所述金属微结构304的几何尺寸与所述超材料单元306的几何尺寸属于同一数量级。由此可知，所述介质基板302和周期性地排列于所述介质基板302上的金属微结构304一起形成超材料300。
如图2至图4所示，为本发明的超材料制造方法的第一实施例，所述第一实施例包括以下步骤：
步骤101：在所述介质基板302上涂覆感光油墨。
步骤102：对所述感光油墨进行干燥，使所述感光油墨形成一层感光膜14。
步骤103：制作一具有与所述金属微结构304相同的图案的底片12，并将所述底片12覆盖于所述感光膜14上。
步骤104：对所述感光膜14进行曝光，使对应所述底片12的无图像部分的受光部分固化。
步骤105：在所述感光膜14上覆金属箔16。
步骤106：对由所述介质基板302、感光膜14及金属箔16组成的多层结构加温和加压，使所述感光膜14上对应所述底片12的图像的未受光部分热熔而将相应的金属箔部分黏结于所述介质基板302上。
步骤107：除去未与所述介质基板302黏结在一起的金属箔部分，即在所述介质基板302上形成多个所述金属微结构304，从而制得所述超材料300。
如图5至图9所示，为本发明的超材料制造方法的第二实施例，所述第二实施例包括以下步骤：
步骤201：对所述介质基板302进行处理。一般，所述介质基板302的表面上附着有灰尘、油污及其它脏物等，直接涂覆感光油墨会降低其附着力，因此，需要在所述介质基板302上涂覆感光油墨之前对所述介质基板302进行处理，如表面清洗处理，其方法有机械清洗、化学清洗和电解清洗等。另外，为了增大所述介质基板302表面与感光油墨的接触面积，我们可利用磨刷对所述介质基板302进行表面微观粗糙化处理，且为了防止所述介质基板302变形，必要时可对其进行干燥处理。对所述介质基板302进行处理后，应尽快涂覆感光油墨，不宜搁置时间过长，以免二次污染。一般，所述介质基板302应放置于一工作台上，本实施例中，我们将所述介质基板302放置于一烫印机400的电热底板402上。
步骤202：用丝网或喷枪在所述介质基板302上满版均匀地涂覆感光油墨。感光油墨可以是任意类型的油墨，一般应具有优异的感光性能和图形分辨率。本实施例中，所述感光油墨使用了透明的紫外线(UV)固化型油墨，其感光性能优良，且最小线宽可达0.05mm。在使用丝网将感光油墨涂覆于所述介质基板302时，应记得及时将丝网移除，避免忘记移除丝网而给后面的工艺带来不必要的麻烦。
步骤203：对所述感光油墨进行干燥处理，使所述感光油墨干化为一层感光膜24。如在用丝网涂覆感光油墨时，我们可利用丝网烘烤箱干燥所述感光油墨。另外，若利用热风来干燥所述感光油墨时，其干化温度可根据实际情况而定，但应低于所述感光油墨和用于制造所述介质基板302的材料的玻璃化温度。本实施例中，所述干化温度在40度左右。
步骤204：轮流进行多次所述步骤202、步骤203，以获得不同厚度的感光膜24。此步骤可根据实际情况而增设。
步骤205：制作一具有与所述金属微结构304相同的图案的底片29，并将所述底片29覆盖于所述感光膜24上。具体地，通过电脑软件如CST等设计出所述金属微结构304，并通过仿真测试来检测其是否满足实际需要。将所述金属微结构304的与如其形状、尺寸以及排布方式相关的数据传给照相设别，由照相设备输出具有与所述金属微结构304相同的图像的底片(即菲林、film)29。
步骤206：对所述感光膜24进行曝光，使对应所述底片的无图像部分的受光部分固化。当所述底片29覆盖于所述感光膜24上时，让光线照射所述底片29，本实施例中，所述光线是由如紫外线(UV)灯管发出的紫外线。光线穿过所述底片29的无图像部分(如图中的透明部分)，使所述感光膜24的相应部分受光而固化(变为热固性)，而对应所述底片29的图像部分(如图中的黑色部分)的感光膜部分由于不透光，其性能保持不变，也仍保持热塑性。曝光完成后，即可撤去所述底片29。
步骤207：在所述感光膜24上覆一具有黏合层的金属箔26。所述金属箔26可以是铝箔，也可以是铜箔。在所述金属箔26上涂覆一黏合层，如胶水或者其他黏合剂，这主要是为了增加所述金属箔26与所述感光膜24之间的黏结力。
步骤208：对由所述介质基板302、感光膜24及金属箔26组成的多层结构加温和加压，使所述感光膜24上对应所述底片29的图像部分的未受光部分热熔而将相应的金属箔部分黏结于所述介质基板22上。本实施例中，由于所述介质基板302放置于所述烫印机400的电热底板402上，我们利用所述电热底板402升温来对所述感光膜24进行加热，使所述感光膜24上对应所述底片29的图像部分的未受光部分热熔。同时，利用所述烫印机400的压力辊404来辊压所述金属箔26，当所述感光膜24的热熔部分固化后，即将对应所述感光膜24的未受光部分的介质基板22与所述金属箔26的相应部分黏合在一起。在用所述电热底板402对所述感光膜24进行加热时，其加热温度应低于所述感光油墨和用于制造所述介质基板302的材料的玻璃化温度，这里其加热温度为100-130度之间。
步骤209：除去未与所述介质基板302黏合在一起的金属箔部分，即在所述介质基板302上形成多个所述金属微结构304，从而制得所述超材料300。
由上可知，相比现有的超材料的制造方法，本发明的超材料的制造方法工艺步骤简单、易于控制，同时生产效率较高，适于现代规模化生产。
以上所述仅是本发明的若干具体实施方式和/或实施例，不应当构成对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出若干改进和润饰，而这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超材料的制造方法，用于在一介质基板上形成多个金属微结构，其特征在于，该方法包括以下步骤：
在所述介质基板上涂覆感光油墨；
对所述感光油墨进行干燥，使所述感光油墨形成一层感光膜；
制作一具有与所述金属微结构相同的图案的底片，并将所述底片覆盖于所述感光膜上；
对所述感光膜进行曝光，使对应所述底片的无图像部分的受光部分固化；
撤去所述底片，在所述感光膜上覆金属箔；
对由所述介质基板、感光膜及金属箔组成的多层结构加温和加压，使所述感光膜上对应所述底片的图像部分的未受光部分热熔而将相应的金属箔部分黏结于所述介质基板上；
除去未与所述介质基板黏结在一起的金属箔部分，即在所述介质基板上形成多个所述金属微结构，从而制得超材料。
2.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，在所述介质基板上涂覆所述感光油墨之前对所述介质基板进行处理。
3.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述感光油墨是用丝网涂覆到所述介质基板上的。
4.根据权利要求3所述的超材料的制造方法，其特征在于，对所述感光油墨进行干燥时使用烘烤箱。
5.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述感光油墨是用喷枪喷涂到所述介质基板上的。
6.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述感光油墨是紫外线固化型油墨。
7.根据权利要求6所述的超材料的制造方法，其特征在于，使用紫外线对所述感光膜进行曝光。
8.根据权利要求7所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述紫外线是由紫外线灯管发出的。
9.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，在所述介质基板上轮流涂覆多次感光油墨和对感光油墨进行干燥。
10.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，对由所述介质基板、感光膜及金属箔组成的多层结构加温和加压包括：让所述介质基板、感光膜及金属箔放置于一烫印机的电热底板上；将所述烫印机的压力辊压制于所述金属箔上；让所述电热底板升温而对所述介质基板、感光膜、金属箔和压力辊进行加热，使所述感光膜上对应所述底片的图像部分的未受光部分热熔并利用所述烫印机的压力辊的压力由所述感光膜的热熔部分将相应部分的金属箔黏结于所述介质基板上。
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