專利名稱：一種新型超材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料，更具體地說，涉及一種新型超材料。
背景技術：
人工電磁材料，俗稱超材料，是一種新型人工合成材料，是由非金屬材料制成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內(nèi)部的多個人造微結構構成的?；蹇梢蕴摂M地劃分為矩形陣列排布的多個基板單元，每個基板單元上附著有人造微結構，從而形成一個超材料單元，整個超材料是由很多這樣的超材料單元組成的，就像晶體是由無數(shù)的晶格按照一定的排布構成的。每個超材料單元上的人造微結構可以相同或者不完全相同。人造微結構是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結構，例如組成圓環(huán)形、“工”形的金屬絲等。 由于人造微結構的存在，每個超材料單元具有不同于基板本身的電磁特性，因此所有的超材料單元構成的超材料對電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應特性；通過對人造微結構設計不同的具體結構和形狀，可以改變整個超材料的響應特性。普通材料的介電常數(shù)隨著頻率的變化而變化，具有一個諧振峰，如圖I所示，在低損耗的情況下介電常數(shù)通常大于10。在某些應用場合，特別是大規(guī)模集成電路中，需要用到具有低介電常數(shù)的材料，普通材料一般都不滿足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種新型超材料，該材料在一定的頻段內(nèi)具有寬頻高介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種新型超材料，該材料包括至少一個材料片層，每個材料片層包括基板和附著在基板上的人造微結構，每個基板虛擬地劃分為多個陣列排布的基板單元，每個基板單元上附著一對人造微結構，每對人造微結構包括附著在所述基板單元上的形狀不同的第一人造微結構和第二人造微結構，該材料在一定的頻段內(nèi)具有寬頻高介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)介電常數(shù)由零逐漸增大；所述第一人造微結構包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個開口相對的開口環(huán)形結構。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第二人造微結構包括兩個相互正交的工字形，工字形中兩條相互平行的邊的兩端分別連接有朝向內(nèi)側的線段。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述線段為直線，且不同工字形相鄰兩端連接的兩條線段相互平行或者不平行。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述線段為弧形。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述線段為彎折線。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述第一人造微結構中的開口環(huán)形結構包括呈直角或者弧形的彎折部。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述人造微結構由銅線或者銀線制成。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述基板為陶瓷材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述基板為聚四氟乙烯。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所述基板為鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或者FR-4。實施本發(fā)明所述新型超材料，具有以下有益效果該材料在一定的頻段內(nèi)具有寬頻高介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I是普通材料介電常數(shù)特性曲線；圖2是實施例一中的新型超材料的結構示意圖；圖3是圖2所示材料中一個材料單元的結構示意圖；圖4是實施例一中第一人造微結構的結構示意圖；圖5是實施例一中第二人造微結構的結構示意圖；圖6是實施例一中的新型超材料的介電常數(shù)特性圖；圖7是實施例二中第一人造微結構的結構示意圖；圖8是實施例二中的新型超材料的介電常數(shù)特性圖；圖9是第一人造微結構的可能結構；圖10和圖11是第一人造微結構的可能結構。
具體實施方式

實施例一本實施例提供一種新型超材料，包括至少一個材料片層，當具有多個材料片層時，這些材料片層沿垂直于其表面的方向堆疊到一起。圖如2所示，該材料包括3塊均勻等厚的材料片層1，多塊材料片層I沿垂直于基板平面的方向(z軸方向)依次堆疊，每兩塊材料片層I之間通過一定的封裝工藝例如焊接、鉚接、粘接等方式制成為一個整體或者通過填充可連接二者的物質例如液態(tài)基板原料，其在固化后將已有的兩材料片層I粘合，從而使多塊材料片層I構成一個整體。每個材料片層I包括基板和附著在基板上的人造微結構，將基板虛擬地劃分成多個完全相同的相互緊挨著的柱狀基板單元，這些基板單元以X軸方向為行、以與之垂直的y軸方向為列依次陣列排布。設計基板單元的尺寸為8毫米X4毫米X0. 818毫米，對照圖
3,即G1 = 8毫米、e2 = 4毫米、e3 = 0. 818毫米,每個基板單元上下位置附著第一人造微結構3和第二人造微結構4，基板單元和基板單元上的人造微結構共同構成一個材料單元2 ；如圖2所示，本實施例的材料可看作是由多個材料單元2沿x、y、z三個方向陣列排布而成，其中，人造微結構可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻等方式附著于所述基材上。第一人造微結構3和第二人造微結構4的材質為金屬線，這里使用銅線，選擇銅線的橫截面為長方形，橫截面的尺寸為0. I毫米X0. 018毫米，其中銅線的線寬為0. I毫米，銅線的厚度為0. 018毫米，當然金屬線也可以使用銀線等其他金屬線，金屬線的橫截面也可以為圓柱狀、扁平狀或者其他形狀。在本實施例中第一人造微結構3如圖4所示包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個開口相對的開口環(huán)形結構，圖4中的開口環(huán)形結構的彎折部為直角，第一人造微結構還可以如圖9所示，該開口環(huán)形結構的彎折部為弧形。圖4中的第一人造微結構的上邊緣與其所附著的基板單元的邊界的距離為0. I毫米，左右居中，對照圖4,第一人造微結構的各部分的尺寸分別是al = 0. 9毫米、a2 = 0. 4毫米、a3 =0. 3、bl = 1.9毫米、b2 = 0. 2毫米、b3 = 0. 4毫米、b4 = 0. I毫米；第二人造微結構4如圖5所示，包括相正交的兩個工字形，每個工字形的兩條相互平行的線段的兩端分別連接有一個線段，所述線段朝向由該兩個工字形的邊緣線組成的空間，即朝向內(nèi)側，第二人造微結構的各部分尺寸分別是cl = c2 = 2. 89毫米、c3 = 0. 184毫米、c4 = 0. 75毫米。該人造微結構還可以由多種變形，如圖10和圖11所示，彎折部可以為弧形或者彎折線。電磁波通過該材料時對應的介電常數(shù)特性仿真圖如圖6所示，由圖6中的實線可知，該材料的介電常數(shù)特性具有多諧振，介電常數(shù)在一定的頻段內(nèi)(5GHz 7GHz)比較高具有較好的寬頻特性，同時，介電常數(shù)在一定的頻段內(nèi)(IlGHz 18GHz)由零逐漸增加，而且由虛線可知在介電常數(shù)較小的上述頻段內(nèi)對應介電常數(shù)的虛部接近零，因此損耗也較低，所以該材料可以應用在需要介電常數(shù)具有寬頻特性的場合，也適合應用在需要介電常數(shù)由零逐漸增大的場合。
當在其他頻段內(nèi)需要用到介電常數(shù)的寬頻特性和由零逐漸增大的特性時，可以通過改變材料單元的尺寸或者第一人造微結構尺寸或者第二人造微結構的尺寸來實現(xiàn)。實施例二與實施例一的區(qū)別是第一人造微結構3的尺寸不同，第一人造微結構的各部分的尺寸如圖7分別是al = 1.8毫米、a2 = 0. 65毫米、a3 = 0. 55毫米、bl = 1.9毫米、b2=0. I毫米、b3 = 0. 5毫米、b4 = 0. I毫米；第二人造微結構的形狀和尺寸與實施例一中的第二人造微結構相同。電磁波通過該材料時對應的介電常數(shù)特性仿真圖如圖8所示，由圖8中的實線可知，該材料的介電常數(shù)特性具有多諧振，介電常數(shù)在一定的頻段內(nèi)(8GHz 8.5GHz)變化比較平穩(wěn)具有較好的寬頻特性，介電常數(shù)在另外的的頻段內(nèi)(10. IGHz
11.3GHz)由零逐漸增加，而且由虛線可知在介電常數(shù)較小的上述頻段內(nèi)對應介電常數(shù)的虛部接近零，因此損耗也較低。對比實施例一可知，改變第一人造微結構的尺寸后介電常數(shù)由零逐漸增加的頻段也隨之改變。因此當我們需要在不同頻段內(nèi)用到該材料時，只需要改變?nèi)嗽煳⒔Y構的尺寸即可實現(xiàn)。上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，還可以對第一人造微結構和第二人造微結構的形狀做出一些變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權利要求
1.一種新型超材料，其特征在于，該材料包括至少一個材料片層，每個材料片層包括基板和附著在基板上的人造微結構，每個基板虛擬地劃分為多個陣列排布的基板單元，每個基板單元上附著一對人造微結構，每對人造微結構包括附著在所述基板單元上的形狀不同的第一人造微結構和第二人造微結構，該材料在一定的頻段內(nèi)具有寬頻高介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布；所述第一人造微結構包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個開口相對的開口環(huán)形結構。
2.根據(jù)權利要求I所述的新型超材料，其特征在于所述第二人造微結構包括兩個相互正交的工字形，工字形中兩條相互平行的邊的兩端分別連接有朝向內(nèi)側的線段。
3.根據(jù)權利要求2所述的新型超材料，其特征在于所述線段為直線，且不同工字形相鄰兩端連接的兩條線段相互平行或者不平行。
4.根據(jù)權利要求2所述的新型超材料，其特征在于所述線段為弧形。
5.根據(jù)權利要求2所述的新型超材料，其特征在于所述線段為彎折線。
6.根據(jù)權利要求2所述的新型超材料，其特征在于所述第一人造微結構中的開口環(huán)形結構包括呈直角或者弧形的彎折部。
7.根據(jù)權利要求I至6任一所述的新型超材料，其特征在于所述人造微結構由銅線或者銀線制成。
8.根據(jù)權利要求I至6任一所述的新型超材料，其特征在于，所述基板為陶瓷材料。
9.根據(jù)權利要求I至6任一所述的新型超材料，其特征在于，所述基板為聚四氟乙烯。
10.根據(jù)權利要求I至6任一所述的新型超材料，其特征在于，所述基板為鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料或者FR-4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型超材料，該材料包括至少一個材料片層，每個材料片層包括基板和附著在基板上的人造微結構，每個基板虛擬地劃分為多個陣列排布的基板單元，每個基板單元上附著一對人造微結構，每對人造微結構包括附著在所述基板單元上的形狀不同的第一人造微結構和第二人造微結構，所述第一人造微結構包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個開口相對的開口環(huán)形結構。該材料在一定的頻段內(nèi)具有寬頻高介電常數(shù)且在另一頻段內(nèi)具有由零開始逐漸增大的介電常數(shù)分布，可以滿足特定場合的需要。
文檔編號H01Q15/00GK102800983SQ20111017983
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 寇超鋒 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司