CN110444335A - 非均匀电损耗超材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了非均匀电损耗超材料及其制备方法，制备方法包括：一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料。例如，首先提供具有多个凹槽的滚筒式模板；将浆料倒在滚筒式模板上，去除多个凹槽以外的多余浆料；以及将多个凹槽中的浆料转移到承载膜上。本发明的非均匀电损耗超材料，由于不同的厚度实现了不同的阻值，有利于不同功能需求的实现。本发明的非均匀电损耗超材料可应用于超材料器件，用于电磁波的吸收。
Description
技术领域
本发明涉及超材料，具体地，涉及非均匀电损耗超材料及其制备方法。
背景技术
随着超材料技术的发展，对超材料的各种性能需求越来越多。其中一个需求是获得非均匀电损耗超材料，即，具有不同阻值的微结构的超材料。
目前一般采用常规的丝网印刷工艺(又称丝印工艺)，在载体上印刷电阻材料(如碳浆料、银浆料、铜浆料等)，通过浆料厚度的控制，实现对电阻值的控制，从而实现电损耗微结构的加工。
目前的这种方案只能实现等厚度的微结构加工，对于非均匀的电损耗微结构(阻值不同)，只能通过多次印刷才能实现。多次印刷，一方面因对准问题，非均匀电损耗微结构的位置精度难以保证；另一方面，多次印刷，厚度只能实现阶梯变化，不能实现连续、任意的变化。
发明内容
本发明提供了一次性在承载膜上制备不同电阻值的非均匀电损耗超材料的方法以及由此形成的非均匀电损耗超材料。鉴于电阻材料的阻值与厚度呈线性关系，通过厚度可实现阻值的变化，从而实现电损耗超材料的特种电磁调制功能。
本发明提供了一种制备非均匀电损耗超材料的方法，包括：一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料。
在上述方法中，所述一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料包括：提供具有多个凹槽的滚筒式模板；将浆料倒在所述滚筒式模板上，去除所述多个凹槽以外的多余浆料；以及将所述多个凹槽中的浆料转移到所述承载膜上。
在上述方法中，所述多个凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度和所述第二凹槽的对应的深度相同。
在上述方法中，所述多个凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度和所述第二凹槽的对应的深度不同。
在上述方法中，所述浆料包括碳浆料、银浆料和铜浆料中的一种或多种。
在上述方法中，所述承载膜包括纤维膜、金属膜和聚合物膜中的一种或多种。
在上述方法中，去除所述多个凹槽以外的多余浆料包括通过控制刮刀与所述滚筒式模板之间的间隙来去除所述多个凹槽以外的多余浆料。
在上述方法中，所述一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料包括：提供具有凹槽的平板模具；将浆料填充至所述凹槽中；将所述承载膜贴在所述平板模具的上表面，固化脱模，得到所述非均匀电损耗超材料。
在上述方法中，所述凹槽的一端具有第一深度，所述凹槽的另一端具有第二深度，所述第二深度大于所述第一深度。
在上述方法中，所述一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料包括：根据喷墨脉冲次数与厚度的关系，编制喷墨程序；启动设备，在所述承载膜上按喷涂程序进行喷涂、固化，得到所述非均匀电损耗超材料。
本发明还提供了通过上述方法制备的非均匀电损耗超材料。
本发明摆脱了丝印工艺的限制，将非均匀电吸收超材料的特种功能直接转化为厚度的控制及实现。本发明一次性在承载膜上设计并制造不同电阻值的非均匀电损耗超材料。鉴于电阻材料的阻值与厚度呈线性关系，通过厚度可实现阻值的变化，从而实现电损耗超材料的特种电磁调制功能。
附图说明
图1示出了利用Roll-to-Roll工艺制备非均匀电损耗超材料的示意图。
图2示出了利用刮板工艺制备非均匀电损耗超材料的示意图。
具体实施方式
本发明提供了几种工艺，用于一次性在承载膜上制备不同电阻值的非均匀电损耗超材料的方法。
第一种是Roll-to-Roll工艺，首先准备一件滚筒式钢模(例如，直径2M，长度1M)，钢模表面根据需要在表面用电火花刻蚀微槽，例如，槽的宽度为40μm～100μm，深度为1μm～200μm。另外，根据需要，钢模表面可以具有多个槽，各个槽之间的深度和宽度等可以相同或可以不同。然而，应该理解，可以采用任何合适的图案和尺寸。然后，将浆料倒在钢模(滚辘)上，控制刮刀与滚辘之间的间隙，将槽以外的多余浆料刮掉。浆料可以为碳浆料、银浆料和铜浆料中的一种或多种。之后，通过滚辘与承载膜的压合，将微槽中的浆料转移到承载膜上，承载膜上浆料的厚度几乎等于对应位置滚辘上的微槽的深度，即得到按设计分布、厚度不同的电阻材料，该电阻材料具备电吸收功能。该工艺可用于同等设计的非均匀的电损耗超材料的批量生产。
如图1所示，通过钢模2在载体膜1上滚动，槽中的浆料3形成在载体膜1上。
另一种方法是刮板工艺。准备一块平板的模具，模具的表面根据输入的微结构图形及深度开槽，槽的深度与微结构的厚度相同，深度为40μm～70μm。用刮刀将电阻浆料通过刮涂的方法填充至槽中。之后，将承载膜贴在模具的上表面，固化脱模，得到不同厚度的微结构图形。例如，如图2所示，得到一端具有厚度H1而另一端具有厚度H2的微结构，其中，厚度H2大于厚度H1。
此外，还可以通过喷墨工艺来制备非均匀电损耗超材料。根据设计，输入设计图形。根据喷墨脉冲次数与厚度的关系，编制喷墨程序。然后启动设备，在承载膜或承载基板上，按喷涂程序进行喷涂、固化，得到不同厚度的微结构图形。
上述载体膜可以为纤维膜、金属膜或聚合物膜，当然可以为其他合适的载体膜。
下面结合具体的实施例进行说明，以更好地理解本发明。
实施例1
首先准备一件滚筒式钢模(直径2M，长度1M)，钢模表面的表面用电火花刻蚀两个微槽，槽的宽度均为50μm，深度均为30μm～70μm梯度变化。然后，将碳浆料倒在钢模(滚辘)上，控制刮刀与滚辘之间的间隙，将槽以外的多余浆料刮掉。之后，通过滚辘与纤维膜的压合，将微槽中的碳浆料转移到纤维膜上，纤维膜上浆料的厚度等于对应位置滚辘上的微槽的深度，即非均匀电损耗超材料。
实施例2
首先准备一件滚筒式钢模(直径2M，长度1M)，钢模表面的表面用电火花刻蚀两个微槽，第一个槽的宽度为50μm，深度为30μm～50μm梯度变化；另一个槽的宽度为40μm，深度为20μm～40μm梯度变化。然后，将银浆料倒在钢模(滚辘)上，控制刮刀与滚辘之间的间隙，将槽以外的多余浆料刮掉。之后，通过滚辘与纤维膜的压合，将微槽中的碳浆料转移到纤维膜上，纤维膜上浆料的厚度等于对应位置滚辘上的微槽的深度，即得到非均匀电损耗超材料。
实施例3
准备一块平板的模具，模具的表面被开槽，槽的深度与微结构的厚度相同，槽的一端的深度为30μm，另一端的深度为60μm。用刮刀将铜浆料通过刮涂的方法填充至槽中。之后，将聚合物膜贴在模具的上表面，固化脱模，得到不同厚度的微结构图形，即得到非均匀电损耗超材料。
实施例4
准备一块平板的模具，模具的表面被开槽，槽的深度与微结构的厚度相同，槽的一端的深度为40μm，另一端的深度为70μm。用刮刀将铜浆料通过刮涂的方法填充至槽中。之后，将聚合物膜贴在模具的上表面，固化脱模，得到不同厚度的微结构图形，即得到非均匀电损耗超材料。
实施例5
根据喷墨脉冲次数与厚度的关系，编制喷墨程序。然后启动设备，在钢膜上，按喷涂程序进行喷涂、固化，得到不同厚度的微结构图形，即得到非均匀电损耗超材料。
实施例6
根据喷墨脉冲次数与厚度的关系，编制喷墨程序。然后启动设备，在纤维膜上，按喷涂程序进行喷涂、固化，得到不同厚度的微结构图形，即得到非均匀电损耗超材料。
由于常规的方案难以实现在同一基材上得到不同阻值的微结构超材料，需多次套印，加工精度差，且阻值阶梯变化，不能实现连续变化。本发明摆脱了丝印工艺的限制，将非均匀电吸收超材料的特种功能直接转化为厚度的控制及实现。本发明的优点在于一次性在承载膜上设计并制造不同电阻值的非均匀电损耗超材料。鉴于电阻材料的阻值与厚度呈线性关系，通过厚度可实现阻值的变化，从而实现电损耗超材料的特种电磁调制功能。
本发明的非均匀电损耗超材料，由于不同的厚度实现了不同的阻值，有利于不同功能需求的实现。本发明的非均匀电损耗超材料可应用于超材料器件，用于电磁波的吸收。
Claims (11)
1.一种制备非均匀电损耗超材料的方法，其特征在于，所述方法包括：
一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料的步骤包括：
提供具有多个凹槽的滚筒式模板；
将浆料倒在所述滚筒式模板上，去除所述多个凹槽以外的多余浆料；以及
将所述多个凹槽中的浆料转移到所述承载膜上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度和所述第二凹槽的对应的深度相同。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的深度和所述第二凹槽的对应的深度不同。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述浆料包括碳浆料、银浆料和铜浆料中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述承载膜包括纤维膜、金属膜和聚合物膜中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，去除所述多个凹槽以外的多余浆料的步骤包括：
通过控制刮刀与所述滚筒式模板之间的间隙来去除所述多个凹槽以外的多余浆料。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料的步骤包括：
提供具有凹槽的平板模具；
将浆料填充至所述凹槽中；
将所述承载膜贴在所述平板模具的上表面，固化脱模，得到所述非均匀电损耗超材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述凹槽的一端具有第一深度，所述凹槽的另一端具有第二深度，所述第二深度大于所述第一深度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次性在承载膜上制备不同厚度的非均匀电损耗超材料的步骤包括：
根据喷墨脉冲次数与厚度的关系，编制喷墨程序；
启动设备，在所述承载膜上按喷涂程序进行喷涂、固化，得到所述非均匀电损耗超材料。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法制备的非均匀电损耗超材料。
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