JP2017161605A - Meta-material particle, meta-material particle dispersion, meta-material product, meta-material sheet, and manufacturing method of them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透電率と透磁率を制御した光学素子の構造およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a structure of an optical element in which electric conductivity and magnetic permeability are controlled, and a manufacturing method thereof.
メタマテリアルは、負の屈折率、光学遮蔽など従来の物質では不可能な光学的性質を持ち、超高解像なスーパーレンズ、高効率な光増幅など光学部品として極めて広い応用の可能性を持つため現在活発に研究が進められている。 Metamaterials have optical properties that are not possible with conventional materials such as negative refractive index and optical shielding, and have extremely wide application possibilities as optical components such as super-resolution super lenses and high-efficiency optical amplification. Therefore, active research is currently underway.
一方、メタマテリアルの技術を可能性の検証という研究レベルから実際の産業で活用できる実用レベルに高めるためには、三次元構造のメタマテリアルの実現が不可欠である。 On the other hand, in order to raise the metamaterial technology from the research level of verification of feasibility to a practical level that can be used in actual industries, it is essential to realize a metamaterial with a three-dimensional structure.
三次元構造を有するメタマテリアルを実現する従来の方法としては、金属多層膜をドライエッチング法により削り出す方法(例えば、非特許文献1)や、リソグラフィによる加工を複数回行うことで多層構造を製造する方法がある(例えば、非特許文献2)。しかしながら、これらの方法は、製造に多大な時間とコストがかかる。 As a conventional method for realizing a metamaterial having a three-dimensional structure, a multilayer structure is manufactured by a method of scraping a metal multilayer film by a dry etching method (for example, Non-Patent Document 1) or a plurality of lithography processes. (For example, Non-Patent Document 2). However, these methods are very time consuming and expensive to manufacture.
一方、あらかじめ加工して製作した金属微小共振器の基本構造となる微粒子やロッドを何らかの液体などの適当な支持媒体に分散させ、支持媒体の凝集力させる方法も検討されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。しかし、この方法では、電磁波共振体の距離を制御することが難しく、共振体同士が接触したり、離れすぎたり、密度にムラができたりすることで、光学性能を制御することが難しい。 On the other hand, a method of dispersing fine particles and rods, which are the basic structure of a metal microresonator fabricated in advance, in an appropriate support medium such as some liquid and coagulating the support medium is also being studied (for example, Patent Documents). 1, Patent Document 2). However, with this method, it is difficult to control the distance between the electromagnetic wave resonators, and it is difficult to control the optical performance because the resonators are in contact with each other, are too far apart, or the density is uneven.
また、金属の電磁波共振体をマイクロカプセルで包摂し液体中に分散させ、これを凝集させる方法が提案されている(例えば、特許文献3)。 In addition, a method has been proposed in which a metal electromagnetic wave resonator is encapsulated in a microcapsule, dispersed in a liquid, and aggregated (for example, Patent Document 3).
この場合、容易に三次元構造を形成できるが、一方、マイクロカプセルの大きさを制御できる範囲は、芯となる電磁波共振体の大きさや形状、マイクロカプセルの材料となる誘電体の種類に制限があるため、所望の光学特性を持つメタマテリアルを作るのは困難である。 In this case, a three-dimensional structure can be easily formed. On the other hand, the range in which the size of the microcapsule can be controlled is limited by the size and shape of the electromagnetic wave resonator serving as the core and the type of dielectric used as the material of the microcapsule. For this reason, it is difficult to make a metamaterial having desired optical properties.
そこで本発明は、所望の光学特性を持つメタマテリアル製品を提供すること、そのためのメタマテリアル粒子、メタマテリアル粒子分散液、メタマテリアルシートを提供すること、およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a metamaterial product having desired optical properties, to provide a metamaterial particle, a metamaterial particle dispersion, a metamaterial sheet therefor, and a production method thereof. And
上記目的を達成するために、本発明の第一のメタマテリアル粒子は、メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the first metamaterial particle of the present invention comprises a resonator part made up of a plurality of electromagnetic wave resonators arranged to function as a metamaterial, and a resonator part made up of a dielectric. And a dielectric portion included therein.
この場合、前記電磁波共振体は、導体からなる2本のロッドを平行に配置したロッド構造や、前記誘電体の最大面積を持つ面に垂直又は平行に配置された導体からなる分割リング構造とすることができる。 In this case, the electromagnetic wave resonator has a rod structure in which two rods made of a conductor are arranged in parallel, or a split ring structure made of a conductor arranged perpendicularly or parallel to a surface having the maximum area of the dielectric. be able to.
また、本発明の第二のメタマテリアル粒子は、面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された2層の第1の導体層および第2の導体層と、当該第1の導体層および第2の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有することを特徴とする。 In addition, the second metamaterial particle of the present invention has a plurality of holes in the plane, and two first conductor layers and a second layer arranged in parallel so that the positions of the holes are vertically aligned. And a middle dielectric layer made of a dielectric material sandwiched between the first conductor layer and the second conductor layer and connected to the dielectric part through the hole, and functions as a metamaterial. And a dielectric part made of a dielectric and having the resonator part inside.
また、本発明のメタマテリアル粒子分散液は、本発明のメタマテリアル粒子を溶媒に分散させたものであることを特徴とする。この場合、前記溶媒は、樹脂と当該樹脂を溶解可能な溶剤とからなるものである方が好ましい。また、前記メタマテリアル粒子の誘電体部の誘電体と前記溶媒中の樹脂は重合度の異なる同種の材料である方が好ましい。 The metamaterial particle dispersion of the present invention is characterized in that the metamaterial particles of the present invention are dispersed in a solvent. In this case, the solvent is preferably composed of a resin and a solvent capable of dissolving the resin. Moreover, it is preferable that the dielectric of the dielectric part of the metamaterial particles and the resin in the solvent are the same kind of materials having different degrees of polymerization.
また、本発明のメタマテリアル製品は、本発明のメタマテリアル粒子分散液が表面に塗布されたものであることを特徴とする。 Moreover, the metamaterial product of the present invention is characterized in that the metamaterial particle dispersion of the present invention is applied to the surface.
また本発明の第一のメタマテリアルシートは、(A)メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、からなる複数の単位領域と、(B)前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有することを特徴とする。 Further, the first metamaterial sheet of the present invention is (A) a dielectric part composed of a plurality of electromagnetic wave resonators arranged so as to function as a metamaterial, and a dielectric composed of a dielectric and having the resonator part inside. A plurality of unit regions each including a body part; and (B) a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions.
また、本発明の第二のメタマテリアルシートは、(A)面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された2層の第1の導体層および第2の導体層と、当該第1の導体層および第2の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、
(B)前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有することを特徴とする。
Further, the second metamaterial sheet of the present invention has a plurality of holes in the plane (A), and two first conductor layers arranged in parallel so that the positions of the holes coincide with each other vertically. And a second conductor layer, and an intermediate dielectric layer made of a dielectric sandwiched between the first conductor layer and the second conductor layer and connected to the dielectric portion via the hole, A plurality of unit regions having a resonator part functioning as a material and a dielectric part made of a dielectric and having the resonator part inside,
(B) It has a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions.
この場合、前記溝は、前記誘電体部の厚みが100μm以下となるように形成される方が好ましい。 In this case, the groove is preferably formed such that the dielectric portion has a thickness of 100 μm or less.
また、本発明の第一のメタマテリアルシート製造方法は、(A)メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、からなる複数の単位領域と、(B)前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有するメタマテリアルシートを製造するためのものであって、前記電磁波共振体を形成するための電磁波共振体用凹部と、前記溝と、を誘電体層に形成する凹凸形成工程と、前記電磁波共振体用凹部を導体で埋め、前記電磁波共振体を形成する電磁波共振体形成工程と、前記電磁波共振体を誘電体で覆う誘電体層被覆工程と、を有することを特徴とする。 Moreover, the first metamaterial sheet manufacturing method of the present invention includes (A) a resonator part composed of a plurality of electromagnetic wave resonators arranged so as to function as a metamaterial, and a dielectric part that includes the resonator part inside. For producing a metamaterial sheet having a plurality of unit regions each having a dielectric portion, and (B) a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions. An electromagnetic wave resonator recess for forming the electromagnetic wave resonator and the groove forming step in the dielectric layer, the electromagnetic wave resonator recess filled with a conductor, and the electromagnetic wave resonance An electromagnetic wave resonator forming step for forming a body, and a dielectric layer coating step for covering the electromagnetic wave resonator with a dielectric.
また、本発明の第二のメタマテリアルシート製造方法は、(A)面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された2層の第1の導体層および第2の導体層と、当該第1の導体層および第2の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、(B)前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有するメタマテリアルシートを製造するためのメタマテリアルシート製造方法であって、誘電体層上に形成された樹脂からなる樹脂層に複数の柱状凸部を形成する凸部形成工程と、前記柱状凸部が形成された樹脂層上に第1の導体層、誘電体層、第2の導体層をこの順番で形成する三層形成工程と、前記樹脂層を除去し、複数の柱状孔を有する三層構造を形成する樹脂除去工程と、前記三層構造を誘電体で被覆する誘電体層被覆工程と、を有することを特徴とする。 Moreover, the second metamaterial sheet manufacturing method of the present invention has a plurality of holes in the (A) plane, and is a two-layer first arranged in parallel so that the positions of the holes coincide with each other vertically. A conductive layer and a second conductive layer; and an intermediate dielectric layer sandwiched between the first conductive layer and the second conductive layer and made of a dielectric connected to the dielectric portion via the hole. A plurality of unit regions having a resonator part that functions as a metamaterial and a dielectric part made of a dielectric and having the resonator part therein; and (B) formed between the unit areas, A metamaterial sheet manufacturing method for manufacturing a metamaterial sheet having grooves for dividing each unit region, wherein a plurality of columnar protrusions are formed on a resin layer made of a resin formed on a dielectric layer. The convex forming step to be formed, and the columnar convex Forming a first conductor layer, a dielectric layer, and a second conductor layer in this order on the resin layer formed, and a three-layer structure having a plurality of columnar holes by removing the resin layer It has a resin removing step to be formed and a dielectric layer covering step for covering the three-layer structure with a dielectric.
また、本発明のメタマテリアル粒子製造方法は、本発明の第一又は第二のメタマテリアルシートを、前記溝で各単位領域に分割する分割工程を有することを特徴とする。 Moreover, the metamaterial particle manufacturing method of the present invention includes a dividing step of dividing the first or second metamaterial sheet of the present invention into each unit region by the groove.
また、本発明のメタマテリアル粒子分散液製造方法は、本発明の第一又は第二のメタマテリアル粒子を複数溶媒に加え、当該溶媒中で分散させる分散工程を有することを特徴とする。 In addition, the method for producing a metamaterial particle dispersion of the present invention includes a dispersion step in which the first or second metamaterial particle of the present invention is added to a plurality of solvents and dispersed in the solvent.
また、本発明の別のメタマテリアル粒子分散液製造方法は、本発明の第一又は第二のメタマテリアルシートを溶媒に加え、当該溶媒中で撹拌することにより、当該メタマテリアルシートを前記溝で各単位領域に分割すると共に分散させる分散工程を有することを特徴とする。 In addition, another method for producing a metamaterial particle dispersion of the present invention includes adding the first or second metamaterial sheet of the present invention to a solvent and stirring the solvent in the solvent so that the metamaterial sheet is the groove. It has a dispersion | distribution process divided | segmented into each unit area and disperse | distributing.
また、本発明のメタマテリアル製品製造方法は、本発明のメタマテリアル粒子分散液を被成形物に塗布する塗布工程と、塗布工程後の前記被成形物を乾燥する乾燥工程と、乾燥工程後の前記被成形物に光を照射するか、あるいは乾燥後の前記被成形物を加熱する定着工程と、を有することを特徴とする。 Moreover, the metamaterial product manufacturing method of the present invention includes a coating step of applying the metamaterial particle dispersion liquid of the present invention to a molding, a drying step of drying the molding after the coating step, and a drying step. A fixing step of irradiating the molding object with light or heating the molding object after drying.
本発明のメタマテリアル粒子は、形状やサイズ、間隔を精度良く加工された電磁波共振体の集合体が一つの粒子に含まれているため、粒子単独でメタマテリアルの基本機能を有しており、簡単にメタマテリアルの特性を均一に制御することができる。 Since the metamaterial particles of the present invention include an aggregate of electromagnetic wave resonators processed with high accuracy in shape, size and interval, one particle has the basic function of a metamaterial alone, The properties of the metamaterial can be easily controlled uniformly.
以下に、本発明の第一のメタマテリアル粒子10について説明する。本発明の第一のメタマテリアル粒子10は、図1〜図3に示すように、共振体部1と、誘電体部2と、で主に構成される。
Hereinafter, the first
共振体部1は、所望の電磁波に対してメタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体11からなる。メタマテリアルとは、負の屈折率、光学遮蔽など従来の物質では不可能な光学的性質を持ち、超高解像なスーパーレンズ、高効率な光増幅など光学部品として極めて広い応用の可能性を持つ材料である。共振体部1に形成された電磁共振体の数は、所望の電磁波に対してメタマテリアルとして機能する限りはいくつでもよい。
The
電磁波共振体11は、所望の電磁波に対して共振するものであればどのようなものでも良いが、例えば、図1に示すように導体からなる2本のロッドを平行に配置したロッド構造や、図2又は図3に示すように導体からなるC字状又はU字状の分割リング構造とすれば良い。分割リング構造の場合、当該構造は、粒子の最大面積を持つ面に対して分割リングの面(C字又はU字状の面)を図2に示すように垂直に配置するか又は図3に示すように平行に配置するのが良い。この際、電磁共振体同士のピッチは、所望の電磁波の波長の1/4以下、又は1/5以下、あるいは1/10以下に設定される。また、電磁共振体は、所望の電磁波の波長より十分小さな大きさとする。例えば、前記電磁波の波長が1000nmの時、電磁共振体同士のピッチを400nm以下、電磁共振体の大きさを200nm以下とすれば良い。このような構成にすることにより、光学部材の誘電率εおよび/または透磁率μを人工的に制御することが可能となる。光学部材の屈折率nは、n=±[ε・μ]1/2であるから、結果として、屈折率nを人工的に制御することができる。電磁波共振体11の形状や寸法等を適宜調節することにより、所望の波長の電磁波に対して、屈折率を負の値にすることもできる。
The
電磁波共振体11を形成する導体としては、少なくとも一定範囲の電磁波に対して共振するものであればどのようなものでも良いが、例えば、金や銀、アルミニウム等の金属、グラフェン、インジウムスズ酸化物、亜鉛酸化物、およびスズ酸化物等を用いることができる。また、これらの組み合わせであっても良い。
The conductor forming the
誘電体部2は、誘電体からなり共振体部1を内部に有するものである。誘電体としては電磁波共振体11を共振させる電磁波を透過可能なものであればどのようなものでも良いが、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム等の透明な無機物、又はポリカーボネートやアクリル等の透明な有機物を用いることができる。
The
第一のメタマテリアル粒子10は、形状やサイズ、間隔を精度良く加工された電磁波共振体11の集合体が一つの粒子に含まれているため、粒子単独でメタマテリアルの基本機能を有しており、簡単にメタマテリアルの特性を均一に制御することができる。
Since the
また、本発明の第二のメタマテリアル粒子20について図4を用いて説明する。当該メタマテリアル粒子20も共振体部1と、誘電体部2と、で主に構成されるが、共振体部1の構造が異なる。共振体部1は、第1の導体層21と、第2の導体層22と、当該第1の導体層21および第2の導体層22に挟まれる中間誘電体層23と、で構成される三層構造である。また、第1の導体層21と第2の導体層22には、面内に垂直に複数の孔28を有する。つまり、第1の導体層21と第2の導体層22は、それぞれの孔28の位置が垂直に一致するように平行に配置される。また、中間誘電体層23は誘電体からなるもので、誘電体部2と当該孔を介して接続されている。第1の導体層21と第2の導体層22は異種の導体でも良いが、好ましくは同種の導体が良い。導体としては、例えば、金や銀、アルミニウム等の金属、グラフェン、インジウムスズ酸化物、亜鉛酸化物、およびスズ酸化物等を用いることができる。
The
第二のメタマテリアル粒子20は、粒子内においてメタマテリアルとして機能するように、共振体部1の形状やサイズ、間隔を精度良く加工されており、簡単にメタマテリアルの特性を均一に制御することができる。
The
次にこのようなメタマテリアル粒子の製造方法について説明する。
メタマテリアル粒子の製造方法は、主に、複数のメタマテリアル粒子が分割可能に連結された状態のメタマテリアルシートを製造するメタマテリアルシート製造工程と、当該メタマテリアルシートを各メタマテリアル粒子に分割する分割工程と、からなる。
Next, a method for producing such metamaterial particles will be described.
The metamaterial particle manufacturing method mainly includes a metamaterial sheet manufacturing process for manufacturing a metamaterial sheet in a state in which a plurality of metamaterial particles are connected so as to be split, and the metamaterial sheet is divided into each metamaterial particle. A dividing step.
ここでメタマテリアルシートとは、図5に示すように、(A)複数の単位領域100と、(B)単位領域100同士の間に形成され、各単位領域100に分割するための溝35と、からなるものである。また、単位領域100とは、溝35で分割されると1つのメタマテリアル粒子となる領域を意味する。したがって、第一のメタマテリアル粒子10を製造するための第一のメタマテリアルシート30の単位領域100は、メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体11からなる共振体部1と、誘電体からなり共振体部1を内部に有する誘電体部2とで構成される。また、第二のメタマテリアル粒子20を製造するための第二のメタマテリアルシート40の単位領域100は、面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された2層の第1の導体層および第2の導体層と、当該第1の導体層および第2の導体層に挟まれると共に誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部とで構成される。
Here, as shown in FIG. 5, the metamaterial sheet includes (A) a plurality of
まず、第一のメタマテリアル粒子10を製造するための第一のメタマテリアルシート30の製造方法について図6を用いて説明する。
第一のメタマテリアルシート30の製造方法は、主に、凹凸形成工程と、電磁波共振体形成工程と、誘電体層被覆工程と、で主に構成される。
First, the manufacturing method of the 1st metamaterial sheet |
The manufacturing method of the
凹凸形成工程は、電磁波共振体11を形成するための電磁波共振体用凹部31と、溝35と、を誘電体層32に形成する工程である。電磁波共振体用凹部31と溝35を誘電体層32に形成する方法はどのようなものでも良いが、例えば、微細パターン61が形成されたモールド6を用いて成形するインプリント技術を用いれば良い。インプリント技術としては、熱インプリント法でも光インプリント法でも良い。モールド6としては、例えば図6(a)に示すように、略U字状の分割リング構造を形成するための複数の分割リング用微細パターン61と、当該複数の分割リング用微細パターン61の周辺にメタマテリアルシート30の溝35を形成するための枠状の溝用パターン65が形成されたものを用意する。溝用パターン65の高さは分割リング用微細パターン61の高さより高いことが望ましい。また、溝用パターン65の幅は分割リング用微細パターン61の幅より広いことが望ましい。また、パターンを形成するための誘電体層32としては、樹脂を剥離層38が表面に形成された基板39上に塗布して用意すれば良い。次に、図6(b)に示すように、モールド6と誘電体層32を押圧する。樹脂としては、誘電体であって、インプリント可能であると共に透明な樹脂であればどのようなものを用いても良い。そして、図6(c)に示すように、樹脂を十分に硬化させた後、モールド6を当該樹脂から離型する。これにより、誘電体層32に電磁波共振体用凹部31および溝35が形成される。
The concave / convex forming step is a step of forming the electromagnetic wave resonator
電磁波共振体形成工程は、図6(d)に示すように、凹凸形成工程で形成した電磁波共振体用凹部31を導体で埋め、電磁波共振体11を形成する工程である。電磁波共振体11を形成する方法はどのようなものでも良いが、例えば、メッキやCVD等の方法を用いて、電磁波共振体用凹部31に導体を充填し、研磨又はエッチバックにより、平坦部の導体を除去すれば良い。
As shown in FIG. 6D, the electromagnetic wave resonator forming step is a step of forming the
誘電体層被覆工程は、図6(e)で示すように、電磁波共振体形成工程で形成した電磁波共振体11を誘電体で被覆する工程である。誘電体で被覆する方法はどのようなものでも良いが、例えば、塗布、蒸着、レーザーアブレーション、CVD等の方法を用いて電磁波共振体11の表面を誘電体である樹脂で覆えば良い。
As shown in FIG. 6E, the dielectric layer coating step is a step of covering the
そして、図6(f)に示すように、基板39から樹脂を剥離させるか、あるいは基板を溶かすことによって分離し第一のメタマテリアルシート30が完成する。
Then, as shown in FIG. 6F, the
このように形成されたメタマテリアルシート30は、図6(g)に示すように、分割工程を経てメタマテリアル粒子10となる。メタマテリアルシート30の各単位領域100は、外力によって溝35で容易に分割する。例えば、液体中にメタマテリアルシート30を浸漬し、一定以上の外力によって撹拌することにより、溝35で分離して各単位領域100に分割されメタマテリアル粒子10となる。
The
また、第二のメタマテリアル粒子20を製造するための第二のメタマテリアルシート40の製造方法について説明する。
A method for producing the
第二のメタマテリアルシート40の製造方法は、主に、凸部形成工程と、三層形成工程と、樹脂除去工程と、誘電体層被覆工程と、で主に構成される。
The manufacturing method of the
凸部形成工程は、誘電体層42上に形成された樹脂層48に複数の柱状凸部41を形成する工程である。柱状凸部41を樹脂層48に形成する方法はどのようなものでも良いが、例えば、微細パターン71が形成されたモールド7を用いて成形するインプリント技術を用いれば良い。インプリント技術としては、熱インプリント法でも光インプリント法でも良い。樹脂としては、柱状凸部41を形成可能であると共に、樹脂除去工程で除去可能な樹脂であればどのようなものでも良く、例えば、アクリル等からなるインプリント用レジストを用いることができる。モールド7は、図7(a)に示すように、垂直の柱状凸部41を樹脂層に形成するための複数の柱状凹部からなる微細パターン71が形成されたものを用意する。樹脂層48としては、樹脂を誘電体層42が表面に形成された基板49上に塗布したものを用いれば良い。当該誘電体層42の厚みは、メタマテリアルシート40に形成する溝45の厚み以下にする。次に、図7(b)に示すように、モールド7と樹脂層48を押圧する。そして、図7(c)に示すように、樹脂を十分に硬化させた後、モールド7を当該樹脂から離型する。これにより、樹脂層48に柱状凸部41が形成される。なお、図7(c)に示すように、誘電体層42上に柱状凸部41以外の残膜が残っている場合には、図7(d)に示すように当該残膜を除去する。残膜の除去は、公知の技術を用いれば良いが、例えば、酸素エッチングや酸素アッシング、酸素プラズマ等により除去すれば良い。
The convex portion forming step is a step of forming a plurality of columnar
三層形成工程は、図7(e)に示すように、凸部形成工程で柱状凸部41が形成された樹脂層48上に第1の導体層21、中間誘電体層23、第2の導体層22をこの順番で形成する工程である。第1の導体層21、中間誘電体層23、第2の導体層22の形成方法は当該三層を形成できればどのようなものでも良いが、例えば、蒸着やレーザーアブレーション等で導体又は誘電体を堆積させれば良い。
In the three-layer forming step, as shown in FIG. 7E, the
樹脂除去工程は、図7(f)に示すように、凸部形成工程で用いた樹脂層48を除去し、複数の孔28を有する三層構造を形成する工程である。樹脂層48の除去方法は、当該樹脂層48を除去できればどのようなものでも良いが、例えば、剥離液を用いて樹脂を除去するリフトオフを用いれば良い。これにより、第1の導体層21、誘電体層23、第2の導体層22からなると共に複数の孔28が形成された三層構造が形成される。
The resin removing step is a step of removing the
誘電体層被覆工程は、図7(g)に示すように、三層構造を誘電体で被覆する工程である。誘電体による被覆は三層構造を誘電体で被覆でき、更に三層構造に形成された孔に誘電体を充填できるものであればどのようなものでも良いが、例えば、塗布、蒸着、レーザーアブレーション、CVD等の方法を用いれば良い。なお、三層構造がない部分は、メタマテリアルシート40の溝35となるため、溝35が所望の厚みとなるように被覆する。当該厚みの大きさは、メタマテリアルシート40を単位領域100で分割できれば良いが、例えば、100μm以下であることが好ましい。
The dielectric layer covering step is a step of covering the three-layer structure with a dielectric as shown in FIG. The dielectric coating may be any coating that can coat the three-layer structure with a dielectric and can fill the holes formed in the three-layer structure with a dielectric. For example, coating, vapor deposition, laser ablation A method such as CVD may be used. Since the portion without the three-layer structure becomes the
最後に、図7(h)に示すように、基板49から樹脂を剥離させるか、あるいは基板を溶かすことによって分離し第二のメタマテリアルシート40が完成する。
Finally, as shown in FIG. 7H, the
このように形成されたメタマテリアルシート40は、図7(i)に示すように、分割工程を経てメタマテリアル粒子20となる。メタマテリアルシート40の各単位領域は、外力によって溝35で容易に分割する。例えば、液体中にメタマテリアルシート40を浸漬し、一定以上の外力によって撹拌することにより、溝35で分離して各単位領域に分割されメタマテリアル粒子20となる。
The
次に、メタマテリアル粒子分散液50について説明する。メタマテリアル粒子分散液50は、上述したメタマテリアル粒子10を溶媒51に分散させたものである。当該分散液50は、インクとして用いることができ、例えばインクジェット等の印刷技術により被成形物61に塗布できる。
Next, the metamaterial
分散工程で用いる溶媒51としては、樹脂と当該樹脂を溶解可能な溶剤とからなるものを用いることができる。この場合、溶剤は揮発性である方が好ましい。また、メタマテリアル粒子10の誘電体部2の誘電体と、溶媒51中の樹脂は、定着工程で同一又は近似した光学特性を持たせるために、重合度の異なる同種の材料である方が好ましい。
As the solvent 51 used in the dispersion step, a solvent composed of a resin and a solvent capable of dissolving the resin can be used. In this case, the solvent is preferably volatile. In addition, it is preferable that the dielectric of the
なお、上述した分散工程では、メタマテリアル粒子10の代わりにメタマテリアルシートを溶媒51に加えても良い。メタマテリアルシートは、当該溶媒51中で撹拌することにより、メタマテリアルシートの溝35で各単位領域100に分割され、メタマテリアル粒子分散液50となる。
In the dispersion step described above, a metamaterial sheet may be added to the solvent 51 instead of the
このように形成されたメタマテリアル粒子分散液50を被成形物61の表面に塗布することにより、メタマテリアル製品となる。メタマテリアル製品の製造方法は、塗布工程と、乾燥工程と、定着工程とからなる。
A metamaterial product is obtained by applying the
塗布工程は、被成形物61にメタマテリアル粒子分散液50を塗布する工程である。被成形物61としては、製造したいメタマテリアル製品に応じて種々のものを用意することができ、例えば、フィルム状のものやレンズ状のものなどがある。塗布方法はどのようなものでも良いが、例えば、メタマテリアル粒子分散液50をインクとして用い、インクジェットのノズル90から噴射して所望の形状に塗布することができる。その他、浸漬、スプレーコート、スピンコート等を用いることも可能である。
The application process is a process of applying the metamaterial
乾燥工程は、塗布工程後の被成形物61を乾燥する工程である。この工程で、溶媒51に含まれている溶剤を気化させる。乾燥方法としては、溶剤を乾燥できればどのようなものでも良く、例えば、自然乾燥や加熱乾燥等を用いれば良い。
The drying process is a process of drying the
定着工程では、メタマテリアル粒子10同士の隙間にある溶媒51中の樹脂を硬化させるためのものである。例えば、乾燥工程後の被成形物61に光を照射するか、あるいは乾燥後の被成形物61を加熱すれば良い。これにより、メタマテリアル製品が完成する。
In the fixing step, the resin in the solvent 51 in the gap between the
なお、塗布工程と乾燥工程の間に、メタマテリアル粒子10の配向を調整する配向調整工程を有していても良い。この場合、例えば、被成形物61へのマテリアル粒子分散液50の塗布面に対し、所定方向に電界や磁界を印加すれば良い。
In addition, you may have the orientation adjustment process of adjusting the orientation of the
1 共振体部
2 誘電体部
10 第一のメタマテリアル粒子
11 電磁波共振体
20 第二のメタマテリアル粒子
21 第1の導体層
22 第2の導体層
23 中間誘電体層
28 孔
30 第一のメタマテリアルシート
31 電磁波共振体用凹部
32 誘電体層
35 溝
40 第二のメタマテリアルシート
50 メタマテリアル粒子分散液
51 溶媒
61 被成形物
100 単位領域
1
10 First metamaterial particle
11 Electromagnetic resonator
20 Second metamaterial particle
21 First conductor layer
22 Second conductor layer
23 Intermediate dielectric layer
28 holes
30 First metamaterial sheet
31 Recess for electromagnetic wave resonator
32 Dielectric layer
35 groove
40 Second metamaterial sheet
50 Metamaterial particle dispersion
51 Solvent
61 Molded object
100 unit area
Claims (17)
誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、
を有することを特徴とするメタマテリアル粒子。 A resonator unit composed of a plurality of electromagnetic wave resonators arranged to function as a metamaterial;
A dielectric part comprising a dielectric part and having the resonator part therein;
Metamaterial particles characterized by comprising:
誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、
を有することを特徴とする請求項1記載のメタマテリアル粒子。 A first conductor layer and a second conductor layer of two layers, each having a plurality of holes in a plane and arranged in parallel so that the positions of the holes are vertically aligned, and the first conductor layer and the second conductor layer; A dielectric part sandwiched between two conductor layers and composed of an intermediate dielectric layer made of a dielectric and connected through the hole, and functioning as a metamaterial;
A dielectric part comprising a dielectric part and having the resonator part therein;
The metamaterial particle according to claim 1, comprising:
(B)前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート。 (A) A plurality of unit regions having a resonator part made of a plurality of electromagnetic wave resonators arranged so as to function as a metamaterial, and a dielectric part made of a dielectric and having the resonator part inside,
(B) a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions;
A metamaterial sheet characterized by comprising:
(B)前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート。 (A) A first conductor layer and a second conductor layer of two layers which have a plurality of holes in the plane and are arranged in parallel so that the positions of the holes are vertically aligned, and the first conductor A dielectric layer sandwiched between the layer and the second conductor layer and connected to the dielectric portion through the hole, and a dielectric portion that functions as a metamaterial, and a dielectric. A plurality of unit regions having a dielectric part having the resonator part therein,
(B) a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions;
A metamaterial sheet characterized by comprising:
11. The metamaterial sheet according to claim 9, wherein the groove is formed so that a thickness of the dielectric portion is 100 μm or less.
前記電磁波共振体を形成するための電磁波共振体用凹部と、前記溝と、を誘電体層に形成する凹凸形成工程と、
前記電磁波共振体用凹部を導体で埋め、前記電磁波共振体を形成する電磁波共振体形成工程と、
前記電磁波共振体を誘電体で覆う誘電体層被覆工程と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート製造方法。 (A) A plurality of unit regions composed of a resonator part made up of a plurality of electromagnetic wave resonators arranged to function as a metamaterial, and a dielectric part made of a dielectric and having the resonator part inside, (B) A metamaterial sheet manufacturing method for manufacturing a metamaterial sheet having a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions,
An unevenness forming step for forming a recess for an electromagnetic wave resonator for forming the electromagnetic wave resonator and the groove in a dielectric layer;
An electromagnetic wave resonator forming step of filling the concave portion for the electromagnetic wave resonator with a conductor to form the electromagnetic wave resonator;
A dielectric layer coating step of covering the electromagnetic wave resonator with a dielectric;
The metamaterial sheet manufacturing method characterized by having.
誘電体層上に形成された樹脂からなる樹脂層に複数の柱状凸部を形成する凸部形成工程と、
前記柱状凸部が形成された樹脂層上に第1の導体層、誘電体層、第2の導体層をこの順番で形成する三層形成工程と、
前記樹脂層を除去し、複数の柱状孔を有する三層構造を形成する樹脂除去工程と、
前記三層構造を誘電体で被覆する誘電体層被覆工程と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート製造方法。 (A) A first conductor layer and a second conductor layer of two layers which have a plurality of holes in the plane and are arranged in parallel so that the positions of the holes are vertically aligned, and the first conductor A dielectric layer sandwiched between the layer and the second conductor layer and connected to the dielectric portion through the hole, and a dielectric portion that functions as a metamaterial, and a dielectric. A metamaterial having a plurality of unit regions having a dielectric portion therein, and (B) a groove formed between the unit regions and divided into the unit regions. A metamaterial sheet manufacturing method for manufacturing a sheet,
A protrusion forming step of forming a plurality of columnar protrusions on a resin layer made of resin formed on the dielectric layer;
A three-layer forming step of forming a first conductor layer, a dielectric layer, and a second conductor layer in this order on the resin layer on which the columnar protrusions are formed;
Removing the resin layer and forming a three-layer structure having a plurality of columnar holes; and
A dielectric layer coating step of coating the three-layer structure with a dielectric;
The metamaterial sheet manufacturing method characterized by having.
塗布工程後の前記被成形物を乾燥する乾燥工程と、
乾燥工程後の前記被成形物に光を照射するか、あるいは乾燥後の前記被成形物を加熱する定着工程と、
を有することを特徴とするメタマテリアル製品製造方法。 An application step of applying the metamaterial particle dispersion according to any one of claims 5 to 7 to a molding;
A drying step of drying the molding after the coating step;
Irradiating the molded object after the drying process with light, or fixing the heated molded object after drying;
The metamaterial product manufacturing method characterized by having.
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CN112748484A (en) * | 2020-12-30 | 2021-05-04 | 西北工业大学 | Dual-functional super surface |
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- 2016-03-07 JP JP2016043722A patent/JP2017161605A/en active Pending
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