[发明专利]一种介质基板的制备方法及超材料

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，具体地涉及超材料介质基板材料的制备技术。 

【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，从而获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，因此，为设计和合成超材料，人们进行了很多研究工作。2000年，加州大学的Smith等人指出周期性排列的金属线和开环共振器(SRR)的复合结构可以实现介电常数ε和磁导率μ同时为负的双负材料，也称左手材料。之后他们又通过在印刷电路板(PCB)上制作金属线和SRR复合结构实现了二维的双负材料。 

超材料的基本结构由介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构组成，阵列在介质基板上的多个人造微结构具有特定的电磁特性，能对电场或磁场产生电磁响应，通过对人造微结构的结构和排列规律进行精确设计可以控制超材料各个基本单元的等效介电常数和等效磁导率，从而使超材料呈现出各种一般材料所不具有的电磁特性，如能汇聚、发散和偏折电磁波等。 

现有的超材料人造微结构一般为金属材料，而介质基板一般采用有机树脂基板，有机树脂基板材料的介电常数一般为3-5之间，而对于超材料的某些应用而言，往往需要更低介电常数的材料作为介质基板，在满足各种机械性能的同时，很难寻找到合适的材料。即使有更低介电常数且满足机械性能要求的材料，其介电常数大小受材料本身性质的决定而无法达到超材料需要的预定值。 

另外，随着超材料应用领域的不断扩大，对超材料介质基板的要求也越 来越高，如绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等，现有的介质基板材料尚不能满足要求。 

【发明内容】

本发明为解决上述技术问题，提供一种具有较低介电常数且大小可控的超材料介质基板的制备方法。 

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种介质基板的制备方法，包括以下步骤： 

a.制备块状多孔二氧化硅气凝胶； 

b.将块状多孔二氧化硅气凝胶叠放在涂布有有机树脂胶液的第一增强材料上； 

c.在块状多孔二氧化硅气凝胶的上面再叠放涂布有有机树脂胶液的第二增强材料，在加热的条件下进行层压，得到介质基板。 

更好地，所述制备方法还包括：改变所述块状多孔二氧化硅气凝胶的厚度，使所述介质基板具有不同的介电常数。 

具体地，所述有机树脂胶液为热固性有机树脂、固化剂以及有机树脂溶剂的混合物。 

具体地，所述热固性有机树脂为环氧树脂、溴化环氧树脂或环氧酚醛树脂。 

具体地，所述增强材料为玻璃纤维布、陶瓷纤维布、碳纤维布或芳香族聚酰胺纤维布。 

具体地，所述a步骤的制备方法是： 

a1将硅源加入到乙醇和水的混合溶剂中，混合均匀； 

a2调节PH值，静置后形成凝胶； 

a3以乙醇或丙酮作为置换剂，去除所述凝胶内的水； 

a4将乙醇或丙酮进行干燥，再进行热处理，得到块状多孔二氧化硅气凝胶。 

优选地，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶胶或水玻璃。 

本发明还提供一种超材料，包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个 人造微结构，所述介质基板包括第一有机树脂基板、第二有机树脂基板和块状多孔二氧化硅气凝胶层，所述块状多孔二氧化硅气凝胶层位于所述第一有机树脂基板和第二有机树脂基板之间。 

具体地，所述人造微结构为金属铜、银或金，所述有机树脂基板为热固性有机树脂与增强材料组成的复合基板，所述热固性有机树脂为环氧树脂、溴化环氧树脂或环氧酚醛树脂。 

具体地，所述增强材料为玻璃纤维布、陶瓷纤维布、碳纤维布或芳香族聚酰胺纤维布。 

本发明的有益效果是： 

1、根据本发明提供的介质基板的制备方法，在超材料介质基板中加入一层块状多孔二氧化硅气凝胶，由于多孔二氧化硅气凝胶自身具有空气孔隙，而空气具有极低的介电常数，所以能降低整个超材料介质基板的介电常数，相比与现有有机树脂介质基板3-5的介电常数范围，本发明的超材料介质基板介电常数能达到1-2的极低范围，以该种介质基板制得的超材料在整体上能获得极低的介电常数； 

2、通过控制块状多孔二氧化硅气凝胶的厚度，可以进一步控制超材料介质基板的介电常数大小，为超材料的应用提供更为准确和灵活的设计途径；