[发明专利]一种介质陶瓷及制备方法、制备的超材料

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种介质陶瓷及制备方法、制备的超材料。

【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，杜克大学的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。

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，往往需要比较高的介电常数材料作为介质基板，在满足各种机械性能的同时，很难寻找到合适的材料。

但是如果使用一些高介电常数、低损耗的材料，制备的产品机械性能不仅良好、致密、均匀，也可以制备成不同的形状来满足工业上的需求；

市面上的介质陶瓷材料包括钛酸钡和一些氧化物，虽然该介质陶瓷材料制备的基板的介电常数比较高、损耗比较低，但达不到超材料对高介电常数(例如大于35)的要求。

【发明内容】

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种介质陶瓷，该介质陶瓷制成的基板介电常数高、损耗低；

本发明所要解决的第二个技术问题是：利用该介质陶瓷制成的基板作为超材料的基板，从而使得超材料的介电常数高、损耗低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种介质陶瓷，其组成式为xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃，系数x、y、z、m及n满足下述式，

0.14≤x≤0.34、

0.01≤y≤0.10、

0.25≤z≤0.55、

0.05≤m≤0.38、

0.06≤n≤0.25。

一种介质陶瓷的制备方法，将组成式为xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃且系数x、y、z、m及n满足下述式的粉体进行湿式混合后，在压强为180～250MPa、温度为1100℃～1300℃条件下烧结2～4小时而成，

0.14≤x≤0.34、

0.01≤y≤0.10、

0.25≤z≤0.55、

0.05≤m≤0.38、

0.06≤n≤0.25。

一种超材料，包括基板和附着在所述基板上的微结构，所述基板上述的介质陶瓷制成，所述介质陶瓷的组成式为xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃，系数x、y、z、m及n满足下述式，

0.14≤x≤0.34、

0.01≤y≤0.10、

0.25≤z≤0.55、

0.05≤m≤0.38、

0.06≤n≤0.25。

本发明的有益效果为：超材料基板由介质陶瓷制成，该介质陶瓷由MgO-ZnO-TiO₂-CaO-Nd₂O₃组成，利用该介质陶瓷制备的基板介电常数可以达到40左右，损耗的正切角可以降低到0.0002左右；并且制备出的基板致密、均匀、机械性能良好，可以广泛应用在超材料上，作为超材料的基板。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种超材料，包括基板和附着在基板上的微结构，该基板由介质陶瓷制成，介质陶瓷的组成式为xMgO-yZnO-zTiO₂-mCaO-nNd₂O₃，且系数x、y、z、m及n满足下述式：

0.14≤x≤0.34、0.01≤y≤0.10、0.25≤z≤0.55、0.05≤m≤O.38、0.06≤n≤0.25。