一种超材料介质基板及其加工方法技术

本发明专利技术提供了一种超材料介质基板的加工方法及由该方法制得的超材料介质基板，通过应用本发明专利技术的超材料介质基板及其加工方法，可以在加工时预先设定凸起阵列中凸起物的排列规律，使成型后的超材料介质基板具有呈一定规律分布的孔形阵列，从而使超材料介质基板能实现对电磁波的某些调制功能，如使电磁波发散、汇聚或偏折等，从而为超材料的功能应用提供更为灵活的设计途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，具体地涉及超材料介质基板的加工工艺。
技术介绍
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的超常材料功能。超材料由多层超材料功能板层叠或阵列而成，超材料功能板由介质基板和设置在介质基板上的多个人造微结构组成，超材料可以提供各种普通材料具有和不具有的材料特性。单个人造微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场或磁场具有电响应或磁响应，从而具有表现出等效介电常数或等效磁导率，或者波阻抗。人造微结构的等效介电常数和等效磁导率(或波阻抗)由单元几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且，人造微结构可以具有人为设计的电磁参数，从而产生许多新奇的现象。现有超材料功能板中介质基板的作用是在机械性能上适应应用环境的需要以固定人造微结构阵列，在选材上可选用陶瓷、高分子材料、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、 铁磁材料等等，其加工工艺根据选材而各有不同。因为对于均一材质而言，其介电常数和磁导率为一固定值，所以超材料中的介质基板不管采用哪种材料或工艺，其基本功能局限于固定人造微结构阵列，对外加电场或磁场不会产生特有的电响应或磁响应，即相对于入射超材料的电磁波而言，其不具有电磁调制功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，使超材料的介质基板能对外加电场或磁场产生电响应或磁响应从而实现介质基板的各种电磁调制功能，进而拓展超材料的功能应用，使超材料的功能设计更为灵活多变。本专利技术实现专利技术目的首先提供一种超材料介质基板的加工方法，包括以下步骤a.根据超材料预定的性质确定超材料介质基板的材料以及超材料介质基板上预定区域内的介电常数，并根据超材料介质基板预定区域内的介电常数计算得到该预定区域内的占空比，所述占空比为介质基板单位体积内空气空隙所占的体积比；b.设置一模具，所述模具用以成型所述介质基板，在模具内布置一凸起阵列，用以成型所述空气空隙，所述凸起阵列由多个凸起物排列而成，控制所述凸起物体积使所述介质基板单位体积内的空气间隙满足所述占空比；c.将超材料介质基板材料以液态、固态粉末或液固混合物均勻地填充到所述模具中；d.对填充到所述模具中的超材料介质基板材料进行一体化成型，脱模后得到超材料介质基板。具体实施时，可以通过改变所述凸起物的疏密程度使所述介质基板单位体积内的空气间隙满足所述占空比。具体实施时，可以通过改变多个凸起物的大小使所述介质基板单位体积内的空气间隙满足所述占空比。作为具体实施方式，所述凸起阵列为针形阵列，所述凸起物为针形物。作为具体实施方式，所述b步骤中，采用高温熔融的方法将超材料介质基板的材料以液态均勻地填充到所述模具中，所述c步骤中，通过冷却方法对所述模具中的超材料介质基板材料进行一体化成型。作为具体实施方式，所述超材料介质基板的液态材料为熔融的聚四氟乙烯树脂或熔融的环氧树脂预聚物与其固化剂的混合物。作为具体实施方式，所述b步骤中，将超材料介质基板的材料以固态粉末均勻地填充到所述模具中，所述c步骤中，通过高温烧结的方法对所述模具中的超材料介质基板材料进行一体化成型。作为具体实施方式，所述固态粉末为陶瓷粉末与粘结剂的混合物。作为具体实施方式，所述b步骤中，将超材料介质基板的材料以液固混合物均勻地填充到所述模具中，所述c步骤中，通过冷却的方法对所述模具中的超材料介质基板材料进行一体化成型，固化。作为具体实施方式，所述液固混合物为熔融塑料与陶瓷粉末的混合物。作为具体实施方式，所述b步骤中，将超材料介质基板材料以液态单体与固化剂混合并均勻地填充到所述模具中，所述c步骤中，通过所述液态单体与固化剂进行加聚或缩聚反应进行一体化成型。作为具体实施方式，所述超材料介质基板材料的液态单体选自不饱和聚酯单体、 乙烯基酯单体、环氧树脂单体、酚醛树脂单体、双马来酰亚胺单体或聚酰亚胺树脂单体中的一种或几种，所述固化剂选自脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺或改性芳胺中的一种或几种。本专利技术还提供一种超材料介质基板，所述超材料基板中设置有孔形阵列，所述孔形阵列由多个孔状空隙阵列而成。作为具体实施方式，所述多个孔状空隙呈疏密不等的非均勻分布。作为具体实施方式，所述多个孔状空隙呈体积大小不等的非均勻分布。作为具体实施方式，所述多个孔状空隙为针孔形。通过应用本专利技术的超材料介质基板及其加工方法，可以在加工时预先设定针形阵列中针形物的排列规律，使成型后的超材料介质基板具有呈一定规律分布的针孔形阵列， 从而使超材料介质基板能实现对电磁波的某些调制功能，如使电磁波发散、汇聚或偏折等， 从而为超材料的功能应用提供更为灵活的设计途径。附图说明图1，实施例1的超材料介质基板的结构示意图。图2，实施例2的超材料介质基板的剖面示意图。图3，实施例3的超材料介质基板的剖面示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1附图1示出了本实施例超材料介质基板的结构示意图，该超材料介质基板1为圆板形，超材料介质基板1中设置有针孔形阵列，针孔形阵列由多个针孔2排列而成，为便于表示，图中以黑点表示针孔形阵列，以空白区域表示超材料介质基板1的基材。为方便计算和形成具有预定占空比的超材料介质基板，将各个针孔2的设计为形状大小相等、间距不相等的非均勻分布，针孔形阵列在整体上呈由周边区域疏松中间区域密集的分布规律，针孔2的排列密度从周边到中间由小逐渐增大。本实施例的加工方法如下a.为使超材料介质基板的介电常数在整体上呈中间区域小周边区域大且由小到大逐渐变化的分布规律，本实施例以聚四氟乙烯树脂作为超材料介质基板的材料，通过在聚四氟乙烯树脂介质基板的局部区域内设置空气间隙的方法改变超材料介质基板局部区域内的介电常数，由于空气的介电常数约等于1，所以当改变超材料介质基板某局部区域单位体积内空气空隙所占的体积比(即占空比)时，可以改变超材料介质基板局部区域内的介电常数，超材料介质基板局部区域内占空比越大，其介电常数将越小，反之，占空比越小， 其介电常数将越大。所以，本实施例通过使超材料介质基板上的占空比呈中间区域大周边区域小且由中间向周边逐渐变小的分布规律，可以实现超材料介质基板的介电常数在整体上呈中间区域小周边区域大的分布规律。b.为便于在超材料介质基板上按规律形成空气空隙，本实施例采用以下方法具体实施，首先根据超材料介质基板的形状大小设置注塑模具，该注塑模具用以注塑成型圆板形介质基板，然后在注塑模具内布置针形阵列，针形阵列用以在注塑成型时形成空气空隙， 针形阵列由多个针状物排列而成，各个针状物设计为形状大小相等、间距不相等的非均勻分布，针形阵列在整体上呈由周边区域疏松中间区域密集的分布规律，针状物的排列密度从周边到中间由小逐渐增大，这样通过控制针形阵列中针状物的分布密度可以很容易地使超材料介质基板的占空比呈中间区域大周边区域小且由中间向周边逐渐变小的分布规律。c.将聚四氟乙烯树脂在高温下熔融，并将熔融后的聚四氟乙烯树脂均勻地注入到注塑模具内。d.最后，对注塑模具的聚四氟乙烯树脂进行冷却，使聚四氟乙烯树脂固化成型，脱模后得到超材料介质基板。应当理解，本实施例中为形成具有一定体积和一定分布规律的空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超材料介质基板的加工方法，包括以下步骤a.根据超材料预定的性质确定超材料介质基板的材料以及超材料介质基板上预定区域内的介电常数，并根据超材料介质基板预定区域内的介电常数计算得到该预定区域内的占空比，所述占空比为介质基板单位体积内空气空隙所占的体积比；b.设置一模具，所述模具用以成型所述介质基板，在模具内布置一凸起阵列，用以成型所述空气空隙，所述凸起阵列由多个凸起物排列而成，控制所述凸起物体积使所述介质基板单位体积内的空气间隙满足所述占空比；c.将超材料介质基板材料以液态、固态粉末或液固混合物均勻地填充到所述模具中；d.对填充到所述模具中的超材料介质基板材料进行一体化成型，脱模后得到超材料介质基板。2.根据权利要求1所述的一种超材料介质基板的加工方法，其特征在于通过改变所述凸起物的疏密程度使所述介质基板单位体积内的空气间隙满足所述占空比。3.根据权利要求1所述的一种超材料介质基板的加工方法，其特征在于通过改变多个凸起物的大小使所述介质基板单位体积内的空气间隙满足所述占空比。4.根据权利要求1所述的一种超材料介质基板的加工方法，其特征在于所述凸起阵列为针形阵列，所述凸起物为针形物。5.根据权利要求1所述的一种超材料介质基板的加工方法，其特征在于所述b步骤中，采用高温熔融的方法将超材料介质基板的材料以液态均勻地填充到所述模具中，所述c 步骤中，通过冷却方法对所述模具中的超材料介质基板材料进行一体化成型。6.根据权利要求5所述的一种超材料介质基板的加工方法，其特征在于所述超材料介质基板的液态材料为熔融的聚四氟乙烯树脂或熔融的环氧树脂预聚物。7.根据权利要求1所述的一种超材料介质基板的加工方法，其特征在于所述b步骤中，将超材料介质基板的材料以固态粉末均勻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，胡侃，赵治亚，缪锡根，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：