[发明专利]基板材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种超材料，具体地说涉及一种超材料的介质基板材料及其制备方法。

【背景技术】

超材料一般由多个超材料功能板层叠或按其他规律阵列组合而成。超材料功能板通常包括介质基板以及阵列在介质基板上的多个人造微结构。现有技术中的超材料的介质基板为均一材质的有机或无机基板，如FR4、TP1等等。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和控制，可以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。

目前已经商品化的高频基板主要有三类：聚四氟乙烯(PTFE)基板、热固性聚苯醚(Polyphenyl Oxide)与交链聚丁二烯基板和环氧树脂复合基板(FR-4)。其中聚四氟乙烯基板的介电常数为2.1-10.6，而环氧树脂复合基板的介电常数为4.2-5.4。从组成与结构、制备方法和介电性能等方面考虑，低介电常数材料主要分为无机材料、有机材料和无机/有机复合材料。聚四氟乙烯(PTFE)具有低的介电常数和介电损耗，是一种特殊的工程塑料，具有优良的物理和化学性能。但是，由于聚四氟乙烯介电常数较小，机械强度较低，用纯聚四氟乙烯制备的介电材料很难在微波频段使用。

【发明内容】

本发明在聚四氟乙烯中加入高介电常数的Si₃N₄来提高介电常数，改善介质基板材料的介电性能和力学性能。任选的，本发明还用玻璃纤维作为增强材料来增加介质基板材料的强度。

本发明在一个方面提供一种基板材料，其包括聚四氟乙烯和Si₃N₄。优选的，所述Si₃N₄占材料的1-20％重量，优选2-15％重量，最优选3-9％重量。

在一个实施方案中，所述基板材料还包括玻璃纤维。优选的，所述玻璃纤维占材料的1-30％重量，优选1-20％重量，最优选1-10％重量。

本发明的基板材料优选用作超材料的介质基板材料。

在另一个方面，本发明提供一种制备本发明的基板材料的方法，所述方法包括：

1)混合聚四氟乙烯、Si₃N₄和任选的玻璃纤维；和

2)烧结所述混合物。

在一个实施方案中，本发明方法还包括在混合步骤1)之前用硅烷偶联剂预处理Si₃N₄，和/或将聚四氟乙烯粉碎并过50-100目筛。

在另一个实施方案中，本发明方法还包括将混合步骤1)得到的混合物模压成型。

【具体实施方式】

下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行描述。但是本领域技术人员应该理解，本申请中所描述的技术方案仅仅是本发明的示例性描述，而不是对于本发明范围的限制。本领域技术人员可根据本申请的描述而对本发明的作出各种改变和修饰，所有这些改变和修饰都属于本发明保护的范围。

除非另有明确定义，本申请上下文中使用的术语具有本领域中通常使用的含义。

本发明在一个方面提供一种基板材料，其包括聚四氟乙烯和Si₃N₄。优选的，所述Si₃N₄占材料的1-20％重量，优选2-15％重量，最优选3-9％重量。

本文使用的术语“聚四氟乙烯”是指各种分子量的四氟乙烯单体的聚合物。本发明可使用任何合适的聚四氟乙烯，但优选使用20-90μm的PTFE悬浮树脂。并且，在用于本发明的混合步骤之前可在电热干燥箱中干燥至恒重。

本文使用的术语“Si₃N₄”是指具有分子式Si₃N₄的化合物。本发明可使用任何合适的Si₃N₄，但优选使用10-100μm的Si₃N₄。并且，在用于本发明的混合步骤之前可使用硅烷偶联剂预处理。所述硅烷偶联剂可为任何本领域中已知的合适硅烷偶联剂，但是优选使用KH550。

在一个实施方案中，所述基板材料还包括玻璃纤维。优选的，所述玻璃纤维占材料的1-30％重量，优选1-20％重量，最优选1-10％重量。