[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，介质基板的介电常数大小一般为均匀分布，对于超材料的某些应用而言，需要介质基板的介电常数大小呈非均匀的分布，并且该非均匀分布的规律需要人为可控，这成为现有技术亟待解决的技术问题。

【发明内容】

本发明提供一种介质基板的制备方法以及具有该介质基板的超材料，以实现超材料介质基板的介电常数大小呈非均匀分布。

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.制备具有多孔结构的钛酸锶钡陶瓷基板；

b.将硅源加入到乙醇和水的混合溶剂中，混合均匀后，调节pH值，得到二氧化硅溶胶，在形成凝胶之前将所述二氧化硅溶胶注入到所述钛酸锶钡陶瓷基板的多孔结构中；

c.静置使所述二氧化硅溶胶老化形成凝胶，以乙醇或丙酮作为置换剂，去除所述凝胶内的水；

d.将乙醇或丙酮进行干燥，使所述凝胶形成多孔硅石气凝胶，得到以所述钛酸锶钡陶瓷基板为基体并填充有多孔硅石气凝胶的介质基板。

所述步骤a的具体制备方法如下：

a1、将用于制备钛酸锶钡的有机或无机钡源、有机或无机锶源、有机或无机钛源按照Ba_(1-x)Sr_xTiO₃的化学计量比混合，其中x为0-1之间的任意实数；

a2、在上述混合物中加入粘结剂和造孔剂，采用流延成型的方法制得陶瓷生坯；

a3、将所述陶瓷生坯在还原性气氛中以1200-1500℃的高温进行烧结，得到具有多孔结构的钛酸锶钡陶瓷基板。

具体地，通过控制所述造孔剂的含量，使所述钛酸锶钡陶瓷基板形成具有不同的孔隙率。

具体地，所述造孔剂为所述混合物体积比的10-50％。

具体地，所述造孔剂为淀粉或碳粉。

具体地，所述钡源为碳酸钡，所述锶源为碳酸锶、所述钛源为二氧化钛。

具体地，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛。

具体地，所述还原性气氛为空气或体积分数为5％氢气和95％氮气的混合气体气氛。

具体地，所述混合物中还添加有增塑剂和分散剂，所述增塑剂和分散剂以乙醇或甲苯为溶剂。

具体地，所述增塑剂为聚乙烯醇，所述分散剂为磷酸酯。

具体地，所述步骤b中，所述混合溶胶剂中还加入有干燥控制剂，所述干燥控制剂为甲酰胺和乙二醇。

具体地，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅溶胶或水玻璃。

具体地，所述b步骤中，调节pH值为2-4或11-13。

具体地，所述b步骤中，所述混合溶剂中还加入二氧化钛粉体或玻璃纤维作为添加剂。

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，所述介质基板以钛酸锶钡陶瓷基板为基体，所述钛酸锶钡陶瓷基板上具有多孔结构，所述多孔结构内填充有二氧化硅气凝胶。

本发明的有益效果是：