專利名稱：一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法
一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)鄰域本發(fā)明涉及超材料鄰域，尤其涉及一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法。背景技術(shù)：
超材料是一種以人造結(jié)構(gòu)為基本單元、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?，晶體材料擁有一些無定型態(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)。通常人造結(jié)構(gòu)的尺寸為所需響應(yīng)波長的十分之一，否則這些人造結(jié)構(gòu)所組成的排列在空間中不能被視為連續(xù)。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)生一個(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)圖案的銅層來實(shí)現(xiàn)。由于光蝕刻等技術(shù)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)單元的組成材料一般都是金屬，如銅、金、銀等，重復(fù)圖案主要為開口諧振環(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)問題是提供一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，利用打印技術(shù)將有機(jī)溶液直接打印到基板上，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而在基板上形成基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超材料的低成本、高效率的工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟a、將多羥基化合物溶液和多羧基化合物溶液均勻混合，配制成混合溶液冷卻至室溫；b、將配制好的混合溶液注入到打印機(jī)的墨盒內(nèi)，作為打印機(jī)的墨水；C、在打印的加熱過程中，促使多羥基化合物與多羧基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)。所述的步驟還包括d、將所述的基板烘干。所述的混合溶液中羥基數(shù)量與羧基數(shù)量比為3 10 4 5。進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)所述的多羥基化合物和所述的多羧基化合物所帶的官能團(tuán)不同，制成具有不同性能的超材料，如導(dǎo)電性、生物性能。
所述的混合溶液中加入稀釋劑來調(diào)節(jié)混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度為 2 30CP。所述的混合溶液中加入增塑劑來調(diào)節(jié)混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度為 2 30CP。所述的混合溶液的粘度為10 12CP。進(jìn)一步改進(jìn)，控制所述混合溶液中的含水量來控制被打印出的微結(jié)構(gòu)的效果。所述的微結(jié)構(gòu)的形狀由電腦系統(tǒng)控制編排。所述的稀釋劑為苯、甲苯或正丁醇。所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇。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。其原理為利用打印技術(shù)將含有多羥基化合物和多羧基化合物的混合溶液打印到基板上，在打印加熱過程中，高溫使得多羥基化合物和多羧基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果為1、沒有采用傳統(tǒng)的金屬材料如金、銀、銅等，而是采用高分子材料作為超材料的微結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)高分子材料所帶的官能團(tuán)不同制成具有電學(xué)或生物性能的超材料，拓展了超材料的功能應(yīng)用；2、相對(duì)于傳統(tǒng)的光蝕刻技術(shù)對(duì)材料的局限性和多步驟操作的復(fù)雜性，采用靈活簡(jiǎn)單且低成本、高效率的打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超材料的低成本、高效率的工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)也使得基板的選材范圍變寬了，可以選擇各類硬質(zhì)或柔性的板材薄膜，也可以甚至是紙質(zhì)的，實(shí)現(xiàn)了超材料的柔性基板，降低了超材料的成本；3、微結(jié)構(gòu)的形狀可以由電腦系統(tǒng)控制編排，不需要額外的制作模板，簡(jiǎn)單、方便。
圖1為本實(shí)施例一的反應(yīng)方程式。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。一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟a、將多羥基化合物溶液和多羧基化合物溶液均勻混合，配制成混合溶液冷卻至室溫，所述的配制好的混合溶液中羥基數(shù)量與羧基數(shù)量比為3 10 4 5;b、將配制好的混合溶液注入到打印機(jī)的墨盒內(nèi)，作為打印機(jī)的墨水；C、在打印的加熱過程中，促使多羥基化合物與多羧基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)，所述的微結(jié)構(gòu)的形狀由電腦系統(tǒng)控制編排，不需要額外的制作模板；d、將所述的基板烘干。
其原理為利用打印技術(shù)將含有多羥基化合物和多羧基化合物的混合溶液打印到基板上，在打印加熱過程中，高溫使得多羥基化合物和多羧基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)。所述的混合溶液中加入稀釋劑或增塑劑來調(diào)節(jié)混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度為2 30CP，優(yōu)選為10 12CP，控制所述混合溶液中的含水量，使打印出的微結(jié)構(gòu)的效果更佳；所述的稀釋劑為苯、甲苯或正丁醇，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二
甲酸二丁酯或聚乙二醇；沒有采用傳統(tǒng)的金屬材料如金、銀、銅等，而是采用高分子材料作為超材料的微結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)所述的多羥基化合物和所述的多羧基化合物所帶的官能團(tuán)不同，制成具有不同性能的超材料，如導(dǎo)電性、生物性能，拓展了超材料的功能應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的光蝕刻技術(shù)對(duì)材料的局限性和多步驟操作的復(fù)雜性，采用靈活簡(jiǎn)單且低成本、高效率的打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超材料的低成本、高效率的工業(yè)化生產(chǎn)；所述的基板材質(zhì)為硬質(zhì)的或柔性的板材或薄膜，也可以是紙質(zhì)基板，使得基板的選材范圍變寬了，實(shí)現(xiàn)了超材料的柔性基板，降低了超材料的成本。實(shí)施例一將PVA粉末溶于水中，充分溶解形成均勻的PVA水溶液，將適量的SSA溶液加入到 PVA水溶液中攪拌均勻冷卻至室溫，配制成羥基數(shù)量與羧基數(shù)量比為3 10的有機(jī)高分子溶液，加入甲苯稀釋劑調(diào)節(jié)有機(jī)高分子溶液的粘度，使有機(jī)高分子溶液的粘度為10CP，并且控制所述有機(jī)高分子溶液中的含水量，使打印出的微結(jié)構(gòu)的效果更佳；將制備好的有機(jī)高分子溶液注入到打印機(jī)墨盒內(nèi)，作為打印機(jī)的墨水，打印加熱過程中高溫促使PVA與SSA發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，反應(yīng)方程式如圖1所示，從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)，然后將所述的基板在溫度為80攝氏度的烘箱中烘干；所述的微結(jié)構(gòu)的形狀由電腦系統(tǒng)控制編排，不需要額外的制作模板。實(shí)施例二 將PVA粉末溶于水中，充分溶解形成均勻的PVA水溶液，將適量的SSA溶液加入到 PVA水溶液中攪拌均勻冷卻至室溫，配制成羥基數(shù)量與羧基數(shù)量比為3 5的有機(jī)高分子溶液，加入甲苯稀釋劑調(diào)節(jié)有機(jī)高分子溶液的粘度，使有機(jī)高分子溶液的粘度為11CP，并且控制所述有機(jī)高分子溶液中的含水量，使打印出的微結(jié)構(gòu)的效果更佳；將制備好的有機(jī)高分子溶液注入到打印機(jī)墨盒內(nèi)，作為打印機(jī)的墨水，打印加熱過程中高溫促使PVA與SSA發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)，然后將所述的基板在溫度為70攝氏度的烘箱中烘干；所述的微結(jié)構(gòu)的形狀由電腦系統(tǒng)控制編排，不需要額外的制作模板。實(shí)施例三將PVA粉末溶于水中，充分溶解形成均勻的PVA水溶液，將適量的SSA溶液加入到 PVA水溶液中攪拌均勻冷卻至室溫，配制成羥基數(shù)量與羧基數(shù)量比為4 5的有機(jī)高分子溶液，加入甲苯稀釋劑調(diào)節(jié)有機(jī)高分子溶液的粘度，使有機(jī)高分子溶液的粘度為12CP，并且控制所述有機(jī)高分子溶液中的含水量，使打印出的微結(jié)構(gòu)的效果更佳；將制備好的有機(jī)高分子溶液注入到打印機(jī)墨盒內(nèi)，作為打印機(jī)的墨水，打印加熱過程中高溫促使PVA與SSA發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)，然后將所述的基板在溫度為85攝氏度的烘箱中烘干；所述的微結(jié)構(gòu)的形狀由電腦系統(tǒng)控制編排，不需要額外的制作模板。應(yīng)當(dāng)理解，多羥基化合物和多羧基化合物不僅僅是上述實(shí)施例所列舉的PVA和 SSA，只要是含有多個(gè)羥基的化合物和多個(gè)羧基的化合物都可以適用于本發(fā)明；混合溶液中羥基的數(shù)量與羧基的數(shù)量的比不同使所形成的微結(jié)構(gòu)的硬度也不相同。在上述實(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本鄰域技術(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
1.一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟a、將多羥基化合物溶液和多羧基化合物溶液均勻混合，配制成混合溶液冷卻至室溫；b、將配制好的混合溶液注入到打印機(jī)的墨盒內(nèi)，作為打印機(jī)的墨水；C、在打印的加熱過程中，促使多羥基化合物與多羧基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯， 從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的步驟還包括d、將所述的基板烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的混合溶液中羥基數(shù)量與羧基數(shù)量比為3 10 4 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的混合溶液中加入稀釋劑來調(diào)節(jié)混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度為2 30CP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的混合溶液中加入增塑劑來調(diào)節(jié)混合溶液中的粘度，使混合溶液的粘度為2 30CP。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的混合溶液的粘度為10 12CP。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的微結(jié)構(gòu)的形狀由電腦系統(tǒng)控制編排。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的稀釋劑為苯、甲苯或正丁醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)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。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的基板為紙質(zhì)基板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟將多羥基化合物溶液和多羧基化合物溶液均勻混合，配制成混合溶液冷卻至室溫；將配制好的混合溶液注入到打印機(jī)的墨盒內(nèi)；在打印的加熱過程中，促使多羥基化合物與多羧基化合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)生成聚酯，從而在基板上形成穩(wěn)定的基于高分子材料的微結(jié)構(gòu)。利用打印技術(shù)將混合溶液直接打印到基板上，實(shí)現(xiàn)超材料的低成本、高效率的工業(yè)化生產(chǎn)；由于沒有光刻技術(shù)對(duì)基板厚度和硬度的要求使得基板的選材范圍變寬了，可以選擇各類硬質(zhì)或柔性的板材薄膜，也可以甚至是紙質(zhì)的，實(shí)現(xiàn)了超材料的柔性基板，降低了超材料的成本。
文檔編號(hào)C09D11/10GK102476503SQ20111021669
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者何雪涵, 劉若鵬, 法布里齊亞, 趙治亞 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院