專利名稱：一種新型超材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料，更具體地說(shuō)，涉及一種新型超材料。
背景技術(shù)：
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(gè)人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的?；蹇梢蕴摂M地劃分為矩形陣列排布的多個(gè)基板單元，每個(gè)基板單元上附著有人造微結(jié)構(gòu)，從而形成一個(gè)超材料單元，整個(gè)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(wú)數(shù)的晶格按照一定的排布構(gòu)成的。每個(gè)超材料單元上的人造微結(jié)構(gòu)可以相同或者不完全相同。人造微結(jié)構(gòu)是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，例如組成圓環(huán)形、“工”形的金屬絲等。 由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個(gè)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(gòu)成的超材料對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)呈現(xiàn)出特殊的響應(yīng)特性；通過(guò)對(duì)人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可以改變整個(gè)超材料的響應(yīng)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(gè)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(yīng)用場(chǎng)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(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)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(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種新型超材料，該材料包括至少一個(gè)材料片層，每個(gè)材料片層包括基板和附著在基板上的人造微結(jié)構(gòu)，每個(gè)基板虛擬地劃分為多個(gè)陣列排布的基板單元，每個(gè)基板單元上附著一對(duì)人造微結(jié)構(gòu)，每對(duì)人造微結(jié)構(gòu)包括附著在所述基板單元上的形狀不同的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個(gè)開口相對(duì)的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第二人造微結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)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(cè)的線段。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(shí)施方式中，所述線段為弧形。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述線段為彎折線。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一人造微結(jié)構(gòu)中的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)包括呈直角或者弧形的彎折部。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述人造微結(jié)構(gòu)由銅線或者銀線制成。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基板為陶瓷材料。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述基板為聚四氟乙烯。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(shí)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(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖I是普通材料介電常數(shù)特性曲線；圖2是實(shí)施例一中的新型超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示材料中一個(gè)材料單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實(shí)施例一中第一人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是實(shí)施例一中第二人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是實(shí)施例一中的新型超材料的介電常數(shù)特性圖；圖7是實(shí)施例二中第一人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是實(shí)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(jié)構(gòu)的可能結(jié)構(gòu)；圖10和圖11是第一人造微結(jié)構(gòu)的可能結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一本實(shí)施例提供一種新型超材料，包括至少一個(gè)材料片層，當(dāng)具有多個(gè)材料片層時(shí)，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?jī)蓧K材料片層I之間通過(guò)一定的封裝工藝?yán)绾附?、鉚接、粘接等方式制成為一個(gè)整體或者通過(guò)填充可連接二者的物質(zhì)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(gòu)成一個(gè)整體。每個(gè)材料片層I包括基板和附著在基板上的人造微結(jié)構(gòu)，將基板虛擬地劃分成多個(gè)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?yàn)樾小⒁耘c之垂直的y軸方向?yàn)榱幸来侮嚵信挪?。設(shè)計(jì)基板單元的尺寸為8毫米X4毫米X0. 818毫米，對(duì)照?qǐng)D
3,即G1 = 8毫米、e2 = 4毫米、e3 = 0. 818毫米,每個(gè)基板單元上下位置附著第一人造微結(jié)構(gòu)3和第二人造微結(jié)構(gòu)4，基板單元和基板單元上的人造微結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成一個(gè)材料單元2 ；如圖2所示，本實(shí)施例的材料可看作是由多個(gè)材料單元2沿x、y、z三個(gè)方向陣列排布而成，其中，人造微結(jié)構(gòu)可以通過(guò)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(jié)構(gòu)3和第二人造微結(jié)構(gòu)4的材質(zhì)為金屬線，這里使用銅線，選擇銅線的橫截面為長(zhǎng)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(dāng)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(shí)施例中第一人造微結(jié)構(gòu)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(gè)開口相對(duì)的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)，圖4中的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)的彎折部為直角，第一人造微結(jié)構(gòu)還可以如圖9所示，該開口環(huán)形結(jié)構(gòu)的彎折部為弧形。圖4中的第一人造微結(jié)構(gòu)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(duì)照?qǐng)D4,第一人造微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)4如圖5所示，包括相正交的兩個(gè)工字形，每個(gè)工字形的兩條相互平行的線段的兩端分別連接有一個(gè)線段，所述線段朝向由該兩個(gè)工字形的邊緣線組成的空間，即朝向內(nèi)側(cè)，第二人造微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guò)該材料時(shí)對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)特性仿真圖如圖6所示，由圖6中的實(shí)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(shí)，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(duì)應(yīng)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(yīng)用在需要介電常數(shù)具有寬頻特性的場(chǎng)合，也適合應(yīng)用在需要介電常數(shù)由零逐漸增大的場(chǎng)合。
當(dāng)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(shí)，可以通過(guò)改變材料單元的尺寸或者第一人造微結(jié)構(gòu)尺寸或者第二人造微結(jié)構(gòu)的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例二與實(shí)施例一的區(qū)別是第一人造微結(jié)構(gòu)3的尺寸不同，第一人造微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的形狀和尺寸與實(shí)施例一中的第二人造微結(jié)構(gòu)相同。電磁波通過(guò)該材料時(shí)對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)特性仿真圖如圖8所示，由圖8中的實(shí)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(duì)應(yīng)介電常數(shù)的虛部接近零，因此損耗也較低。對(duì)比實(shí)施例一可知，改變第一人造微結(jié)構(gòu)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(dāng)我們需要在不同頻段內(nèi)用到該材料時(shí)，只需要改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的尺寸即可實(shí)現(xiàn)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，還可以對(duì)第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)的形狀做出一些變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)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(gè)材料片層，每個(gè)材料片層包括基板和附著在基板上的人造微結(jié)構(gòu)，每個(gè)基板虛擬地劃分為多個(gè)陣列排布的基板單元，每個(gè)基板單元上附著一對(duì)人造微結(jié)構(gòu)，每對(duì)人造微結(jié)構(gòu)包括附著在所述基板單元上的形狀不同的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個(gè)開口相對(duì)的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)包括兩個(gè)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(cè)的線段。
3.根據(jù)權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(jié)構(gòu)中的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)包括呈直角或者弧形的彎折部。
7.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)由銅線或者銀線制成。
8.根據(jù)權(quán)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(quán)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(quán)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(gè)材料片層，每個(gè)材料片層包括基板和附著在基板上的人造微結(jié)構(gòu)，每個(gè)基板虛擬地劃分為多個(gè)陣列排布的基板單元，每個(gè)基板單元上附著一對(duì)人造微結(jié)構(gòu)，每對(duì)人造微結(jié)構(gòu)包括附著在所述基板單元上的形狀不同的第一人造微結(jié)構(gòu)和第二人造微結(jié)構(gòu)，所述第一人造微結(jié)構(gòu)包括工字形和與工字形的中間連接線相交的兩個(gè)開口相對(duì)的開口環(huán)形結(jié)構(gòu)。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(chǎng)合的需要。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102800983SQ20111017983
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉若鵬, 欒琳, 寇超鋒 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