CN103427165A - 一种超材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超材料及其制备方法。所述制备方法包括：准备柔性薄膜基材；在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜。通过上述方式得到的超材料薄膜，具有很好的柔韧性，可以方便的黏贴在其他硬质板上形成任意的几何面和形状的超材料器件，方便封装也提高了超材料的性能，而且超材料薄膜可以很方便的撕下来更换新的超材料薄膜，减少了材料的使用量，降低使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种超材料及其制备方法。
背景技术
超材料是制备成具有周期性排列的金属微结构的奇特材料。超材料对电磁波表现出非常奇妙的电磁效应，例如负折射率、反常Doppler效应、反常Cerenkov辐射以及完美透镜等奇异性能，可以用于雷达探测、卫星通信、微波暗室等领域。
超材料的性质和功能主要来自于其周期性排列的金属微结构，是通过将各种人造金属微结构周期排列于基材中并调整人造金属微结构的尺寸和排布来调制电磁波的。
因此如何精确制备具有周期排列的金属微结构成为超材料制备技术的关键。目前超材料的加工制备过程主要是采用印刷电路板工艺，超材料的加工过程主要是将两个或多个带有金属微阵列结构的PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）基板叠层在一起，然后通过压合、填充等方式将叠层在一起的带有金属微阵列结构的PCB板进行封装。上述加工过程中所采用的PCB基本为硬质基板，在加工过程中不易弯曲或者折叠，应用范围较窄。且PCB板的厚度比较大，给后面的超材料封装工艺带来一定的困难。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种超材料及其制备方法，能够使超材料具备柔性的特点，既能够增加超材料的应用范围，又方便封装。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种超材料的制备方法，包括：准备柔性薄膜基材；在所述薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜。
其中，所述的柔性薄膜基材为聚丙烯薄膜、聚酯薄膜（PET）、尼龙薄膜（PA）、聚酰亚胺薄膜、聚硅氧烷薄膜中的任意一种或两种以上混合叠加组成的膜层。
其中，所述金属微结构阵列是通过喷墨打印或丝网印刷技术在薄膜表面形成。
其中，所述在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜的步骤之后包括：将所述超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上。
其中，所述金属微结构阵列中的金属微结构为工字形、工字形的衍生状、雪花状、雪花状的衍生状、正四面体框状、空间曲线状、五棱柱框状及圆环状中的任意一种或两种以上的组合。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种超材料，其包括柔性薄膜基材和薄膜基材表面的金属微结构阵列。
其中，所述柔性薄膜基材为聚丙烯薄膜、PET、PA、聚酰亚胺薄膜、聚硅氧烷薄膜中的任意一种或两种以上混合叠加组成的膜层。
其中，所述超材料还包括硬质件，所述薄膜基材固定于硬质件的表面。
其中，所述固定薄膜基材的硬质件表面是平面、弧面或棱面。
其中，所述的金属微结构阵列的金属微结构为工字形、工字形的衍生状、雪花状、雪花状的衍生状、正四面体框状、空间曲线状、五棱柱框状及圆环状中的任意一种阵列。
本发明的有益效果是：选择薄膜材料作为基材，其具有很好的柔韧性，可以方便地黏贴在其他硬质板上形成任意的几何面和形状，便于超材料的应用，制备得到的超材料薄膜可以跟其他硬质件贴合在一起形成超材料器件，方便封装也提高了超材料的性能，而超材料薄膜可以很方便的撕下来更换新的超材料薄膜，减少了材料的使用量，降低使用成本。
附图说明
图1是本发明超材料实施例的一种结构示意图；
图2是本发明超材料实施例中的一种银金属微结构阵列的排布示意图；
图3是本发明超材料实施例的薄膜微波调谐效果仿真图；
图4是本发明超材料制备方法实施例的一种流程图；
图5是本发明超材料制备方法实施例的另一种流程图。
具体实施方式
光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数表示，例如用介电常数ε和磁导率μ来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波、吸收电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料称之为超材料。
以上对涉及本发明的超材料进行简单介绍，以下则通过具体实施例对本发明作进一步的阐述。
本发明实施例超材料的结构如图1所示，超材料包括柔性薄膜基材1和柔性薄膜基材1表面的金属微结构阵列2，金属微结构阵列2的数量为二，分别设置在柔性薄膜基材1两侧。
在实际应用中，柔性薄膜基材可以但不局限于为聚丙烯薄膜、PET、PA、聚酰亚胺薄膜、聚硅氧烷薄膜中的任意一种或两种以上混合叠加组成的膜层；金属微结构阵列中的金属微结构可以是工字形、工字形的衍生状、雪花状、雪花状的衍生状、正四面体框状、空间曲线、五棱柱框状及圆环状中的任意一种或两种以上的组合，比如银金属微结构阵列（工字形的衍生状），请参见图2。
以上可以了解，本发明选择薄膜材料作为基材，其具有很好的柔韧性，可以方便地固定于硬质件的平面、弧面或棱面上形成任意的几何面和形状，比如但不限于方形，圆柱型，曲面，平面等，在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到的超材料薄膜可以跟其他硬质件贴合在一起形成超材料器件，方便封装也提高了超材料的性能，而且超材料薄膜可以很方便的撕下来更换新的超材料薄膜，减少了材料的使用量，降低使用成本。
在更多的应用中，超材料中的柔性薄膜基材1和金属微结构阵列2的层数不限于以上数量，可以根据实际需要任意匹配设计，比如，仅在柔性薄膜基材1的一侧设置金属微结构阵列2。
下面，对超材料的制备进行详细说明：
实施例1
请参见图4，本实施例超材料的制备方法如下：
S101：准备柔性薄膜基材；
本发明实施例从众多的基材中选择薄膜基材作为超材料制备的基材，其具有很好的柔韧性，可以方便的黏贴在其他硬质板上形成任意的几何面和形状，方便超材料薄膜的应用。本发明实施例薄膜基材可以是聚丙烯薄膜、PET、PA、聚酰亚胺薄膜、聚硅氧烷薄膜中的任意一种或两种以上混合叠加组成的膜层，但也不局限于此。在本实施例中选择聚丙烯薄膜作为薄膜基材；
S102：在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜；
即可以通过喷墨打印或丝网印刷技术在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，金属微结构阵列中的金属微结构可以是工字形、工字形的衍生状、雪花状、雪花状的衍生状、正四面体框状、空间曲线、五棱柱框状及圆环状中的任意一种或两种以上的组合，比如但不限于银金属微结构阵列，本实施例在聚丙烯薄膜基材表面形成银金属微结构阵列（如图2）。
本实施例超材料微波调谐效果仿真效果如图3所示，在附图中，S1,1表示该超材料薄膜的反射特性，S2,1表示该超材料薄膜的传输特性，由此可见，本发明实施例超材料薄膜满足设计需求，在15GHz至18GHz的频率范围内，能够达到较大的辐射效率，且损耗较小。
实施例2
请参见图5，本发明实施例超材料的制备方法如下：
S201：准备柔性薄膜基材；
本实施例中选择PET和聚酰亚胺薄膜混合叠加组成的膜层作为薄膜基材；
S202:在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜；
即可以通过喷墨打印或丝网印刷技术在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，本实施例在PET和聚酰亚胺薄膜混合叠加组成的膜层表面形成雪花状金属微结构阵列；
S203:将超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上；
即可以将超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上形成任意的几何面和形状，比如但不限于方形、圆柱型、曲面、平面等。
实施例3
请再参见图5，本发明实施例超材料薄膜的制备方法如下：
S201:准备柔性薄膜基材；
本实施例选择PA作为薄膜基材；
S202:在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜；
即可以通过喷墨打印或丝网印刷技术在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，本实施例在PA基材表面形成正四面体框状金属微结构阵列。
S203:将超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上；
即可以将超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上形成任意的几何面和形状，比如但不限于方形，圆柱型，曲面，平面等。
实施例4
请再参见图5，本发明实施例超材料薄膜的制备方法如下：
S201:准备柔性薄膜基材；
本实施例选择PA和聚硅氧烷薄膜混合叠加组成的膜层作为薄膜基材；
S202:在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜；
即可以通过喷墨打印或丝网印刷技术在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，本实施例在PA和聚硅氧烷薄膜混合叠加组成的膜层表面制备圆环状金属微结构阵列。
S203:将超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上；
即可以将超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上形成任意的几何面和形状，比如但不限于方形，圆柱型，曲面，平面等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种超材料的制备方法，其特征在于，包括：
准备柔性薄膜基材；
在所述薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性薄膜基材为聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚硅氧烷薄膜中的任意一种或两种以上混合叠加组成的膜层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属微结构阵列是通过喷墨打印或丝网印刷技术在所述薄膜基材表面形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在薄膜基材表面形成金属微结构阵列，得到超材料薄膜的步骤之后包括：将所述超材料薄膜固定于硬质件的平面、弧面或棱面上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述金属微结构阵列中的金属微结构为工字形、工字形的衍生状、雪花状、雪花状的衍生状、正四面体框状、空间曲线状、五棱柱框状及圆环状中的任意一种或两种以上的组合。
6.一种超材料，其特征在于，包括柔性薄膜基材和薄膜基材表面的金属微结构阵列。
7.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，所述柔性薄膜基材为聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚硅氧烷薄膜中的任意一种或两种以上混合叠加组成的膜层。
8.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，所述超材料还包括硬质件，所述薄膜基材固定于所述硬质件的表面。
9.根据权利要求8所述的超材料，其特征在于，所述固定薄膜基材的硬质件表面是平面、弧面或棱面。
10.根据权利要求6-9任一项所述的超材料，其特征在于，所述的金属微结构阵列中的金属微结构为工字形、工字形的衍生状、雪花状、雪花状的衍生状、正四面体框状、空间曲线状、五棱柱框状及圆环状中的任意一种或两种以上的组合。
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