專利名稱：一種超材料及其制備方法
ー種超材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，尤其涉及ー種超材料及其制備方法。
背景技木超材料是ー種以人造結(jié)構(gòu)為基本単元、并以特定方式進(jìn)行空間排布的具有自然界材料所不具有的、特殊物理化學(xué)性質(zhì)的新型材料，它的特殊性質(zhì)不是由其材料本身的化學(xué)組成，而是由其人造結(jié)構(gòu)的特征所決定的。超材料的特殊性質(zhì)在很大程度上取決于材料的關(guān)鍵物理尺度，例如晶體在原子尺度上是排列有序的，正因?yàn)槿绱?，晶體材料擁有ー些無(wú)定型態(tài)所不具有的物理特征，由此類比，在其它層次上的有序排列則可能獲得一定程度的自然界中的材料所不具有的物理性質(zhì)。超材料包括人造結(jié)構(gòu)以及人造結(jié)構(gòu)所附著的材料,該附著材料對(duì)人造結(jié)構(gòu)起到支撐作用，因此可以是任何與人造結(jié)構(gòu)不同的材料，這兩種材料的疊加會(huì)在空間中產(chǎn)生ー個(gè)等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率，而這兩個(gè)物理參數(shù)分別對(duì)應(yīng)了材料的電場(chǎng)響應(yīng)與磁場(chǎng)響應(yīng)。超材料的制備在技術(shù)上目前主要通過(guò)光蝕刻、電化學(xué)沉積等技術(shù)在基底材料上鍍上有特定重復(fù)圖案的銅層來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于光蝕刻等技木本身的限制，基底材料一般為硬質(zhì)的FR4板。柔性可彎曲伸縮的基底材料或封裝材料是現(xiàn)階段許多研究小組正在致力研究的熱點(diǎn)。目前所報(bào)道的超材料中，微結(jié)構(gòu)単元的組成材料一般都是金屬，如銅、金、銀等，重復(fù)圖案主要為開(kāi)ロ諧振環(huán)(SRR)或者傳輸線結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用真空蒸鍍技術(shù)將金屬鍍到基板上，成膜快、效率高、操作簡(jiǎn)單。 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為ー種超材料的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟將潔凈并干燥后的基板放置在蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)的工作臺(tái)上；在真空環(huán)境下，將蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)的金屬加熱直至升華成為金屬蒸汽；所述的金屬蒸汽通過(guò)掩膜板在基板上形成一層均勻的金屬膜，金屬膜圖案為超材料的微結(jié)構(gòu)。所述的步驟進(jìn)一歩包括為使所述的基板表面平整，在基板潔凈并干燥之前對(duì)所述的基板拋光處理。所述的蒸鍍?nèi)萜髟O(shè)置有使金屬原子往同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)。所述的金屬與電源相連，采用電加熱所述的金屬。所述的金屬膜圖案的厚度由蒸鍍的時(shí)間控制。所述的蒸鍍時(shí)間越長(zhǎng)，所述的金屬膜圖案的厚度越厚。進(jìn)ー步改進(jìn),所述的金屬膜圖案的厚度可以在納米量級(jí)。
所述的金屬膜圖案由所述的掩膜板控制。所述的金屬為金、銀、鉬、鋁或銅。所述的基板材質(zhì)為硬質(zhì)的或柔性的板材或薄膜。所述的基板為紙質(zhì)基板。一種超材料，其特征在于包括以上所述方法制備的超材料。本發(fā)明的原理為在真空環(huán)境下，將蒸鍍?nèi)萜髦兴璩赡さ慕饘偌訜嶂琳舭l(fā)溫度，使金屬升華，在低溫的基板上形成晶核，然后長(zhǎng)大合并形成厚度均勻的膜。本發(fā)明的有益效果為I、利用真空蒸鍍法為基板鍍膜，操作簡(jiǎn)單、容易；制成的金屬膜純度高，厚度也可以根據(jù)蒸鍍時(shí)間控制至納米量級(jí)；并且成膜快、效率高，工藝重復(fù)性好；2、本發(fā)明使用蒸鍍工藝，無(wú)污染、環(huán)保；并且大大減少了金屬用量，尤其當(dāng)選擇貴金屬作為超材料微結(jié)構(gòu)時(shí)，可以降低成本；3、相對(duì)于傳統(tǒng)的光蝕刻技術(shù)對(duì)基板材料的局限性，蒸鍍技術(shù)對(duì)基板材料的選擇范圍較寬，可以是各類板材薄膜，包括柔性的、剛性的，也可以是紙張、布料類。

圖I為本發(fā)明實(shí)施例一的原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。一種超材料的制備方法，及由這種方法制得的超材料，所述的制備方法包括以下步驟a、將潔凈并干燥后的基板放置在蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)的工作臺(tái)上；如果所述的基板的表面不平整，在對(duì)基板潔凈干燥之前可以對(duì)所述的基板進(jìn)行拋光處理，使基板表面平整；b、在真空環(huán)境下，將蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)的金屬加熱直至升華成為金屬蒸汽；具體的，所述的蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)加有一電場(chǎng)，使金屬原子往同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，避免金屬原子在蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)四溉，浪費(fèi)金屬，減少了金屬用量，降低了成本；C、所述的金屬蒸汽通過(guò)掩膜板在基板上形成一層均勻的金屬膜，金屬膜圖案為超材料的微結(jié)構(gòu)；具體的，所述的金屬膜圖案由掩膜板控制，同時(shí)金屬膜圖案的厚度由所蒸鍍的時(shí)間長(zhǎng)短控制，蒸鍍時(shí)間越長(zhǎng)，金屬膜圖案越厚，從而金屬膜圖案的厚度可以準(zhǔn)確的控制在納米量級(jí)內(nèi)。所述的金屬一般為金、銀、鉬、鋁或銅，可以制成金屬絲狀，所述的金屬與電源相連，采用電加熱所述的金屬，也可以用其他的加熱方式對(duì)金屬加熱直至升華；相對(duì)于傳統(tǒng)的光蝕刻技術(shù)對(duì)基板材料的局限性，蒸鍍技術(shù)對(duì)基板材料的選擇范圍較寬，可以是硬質(zhì)的或柔性的板材或薄膜，也可以是紙質(zhì)基板，甚至是布料類的，如果基板是非極性的如PE膜，可以通過(guò)涂布粘結(jié)劑來(lái)提高基板表面與蒸鍍層得粘結(jié)性；基板采用耐熱性較低的樹(shù)脂類材料的話，為了使基板不會(huì)因?yàn)檫^(guò)高的溫度而變形，有必要對(duì)蒸鍍時(shí)間和金屬的選擇做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。利用真空蒸鍍法為基板鍍膜，操作簡(jiǎn)單、容易；制成的金屬膜純度高，厚度也可以根據(jù)蒸鍍時(shí)間控制至納米量級(jí)；并且成膜快、效率高，エ藝重 復(fù)性好；蒸鍍エ藝無(wú)污染、環(huán)保，并且大大減少了金屬用量，尤其當(dāng)選擇貴金屬如金作為超材料微結(jié)構(gòu)時(shí)，可以降低成本。實(shí)施例一結(jié)合圖1，本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)為經(jīng)過(guò)拋光、潔凈和干燥后的基板4放置在蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)I的工作臺(tái)2上，掩膜板3固定在所述基板4的正下方；銅絲6兩端分別與電源相連，采用電加熱銅絲；并在蒸鍍?nèi)萜鱅內(nèi)加一電場(chǎng)，電場(chǎng)的負(fù)極與工作臺(tái)2相連，電場(chǎng)的正極與銅絲6相連，使金屬原子都向工作臺(tái)2方向運(yùn)動(dòng)，避免金屬原子在蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)四濺，浪費(fèi)金屬，減少了金屬用量，降低了成本；對(duì)蒸鍍?nèi)萜鱅抽真空，加熱銅絲6至蒸發(fā)溫度，使銅絲升華，通過(guò)掩膜板3在相對(duì)低溫的基板4上形成晶核，然后長(zhǎng)大合并形成一層厚度均勻的銅膜，銅膜圖案為超材料的微結(jié)構(gòu)，并且圖案可以用掩膜板控制；蒸鍍完成之后，通過(guò)加氣閥向蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)充入冷卻氣體，取出制得的超材料。如果基板采用耐熱性較低的樹(shù)脂類材料的話，防止基板不會(huì)因?yàn)檫^(guò)高的溫度而變形，有必要對(duì)蒸鍍時(shí)間和金屬的選擇做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在上述實(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種超材料的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟 將潔凈并干燥后的基板放置在蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)的工作臺(tái)上； 在真空環(huán)境下，將蒸鍍?nèi)萜鲀?nèi)的金屬加熱直至升華成為金屬蒸汽； 所述的金屬蒸汽通過(guò)掩膜板在基板上形成一層均勻的金屬膜，金屬膜圖案為超材料的微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的步驟進(jìn)一步包括為使所述的基板表面平整，在基板潔凈并干燥之前對(duì)所述的基板拋光處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的蒸鍍?nèi)萜髟O(shè)置有使金屬原子往同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的金屬與電源相連，采用電加熱所述的金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的金屬膜圖案的厚度由蒸鍍的時(shí)間控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的蒸鍍時(shí)間越長(zhǎng)，所述的金屬膜圖案的厚度越厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的金屬膜圖案由所述的掩膜板控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的金屬為金、銀、鉬、鋁或銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的基板材質(zhì)為硬質(zhì)的或柔性的板材或薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料的制備方法，其特征在于所述的基板為紙質(zhì)基板。
11.一種超材料，其特征在于包括權(quán)利要求1-10任意所述的方法制備的超材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超材料及其制備方法，在真空環(huán)境下，將蒸鍍?nèi)萜髦兴璩赡さ慕饘偌訜嶂琳舭l(fā)溫度，使金屬升華，在低溫的基板上形成晶核，然后長(zhǎng)大合并形成厚度均勻的金屬膜。利用真空蒸鍍法為基板鍍膜，制成的金屬膜純度高，厚度也可以根據(jù)蒸鍍時(shí)間控制至納米量級(jí)；并且成膜快、效率高，工藝重復(fù)性好，無(wú)污染、環(huán)保；大大減少了金屬用量，尤其當(dāng)選擇貴金屬作為超材料微結(jié)構(gòu)時(shí)，可以降低成本。
文檔編號(hào)C23C14/24GK102965624SQ20111025566
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 法布里齊亞, 何雪涵 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司