本發(fā)明屬于人工復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料。

背景技術(shù)：
超材料是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而或得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。超材料通常包括基板及周期排布在基板上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，每一人造微結(jié)構(gòu)與其附著的那部分基板可以看做是一個(gè)超材料單元。超材料的性質(zhì)和功能由基板的特性及周期排布在基板上的人造微結(jié)構(gòu)的特性共同決定。對(duì)應(yīng)于特定頻率的電磁波，每一超材料單元表現(xiàn)出一個(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)。目前超材料結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)主要還是以在PCB板(例如FR-4、F4b)上制作金屬線完成，PCB所采用的基板含膠量一般在50％左右，密度1.6左右，因此用多層板壓合得到的超材料重量較重，現(xiàn)在大部分電磁產(chǎn)品都有輕量化的要求，因此降低超材料的密度具有很高的實(shí)際意義。同時(shí)目前市售的PCB基板因里面含有大量的增強(qiáng)纖維，介電損耗較大。并且FR-4、F4b等此類材料制成的基板介電常數(shù)一般在2以上。以此為基板的超材料通常介電常數(shù)較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種介電常數(shù)較小且介電損耗較小的超材料。本發(fā)明為解決上述的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種超材料，由至少一個(gè)超材料片層疊加形成，每一個(gè)超材料片層包括基板、空板及設(shè)置在基板與空板之間的呈周期排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述空板開設(shè)有周期排布的多個(gè)圓孔，每四個(gè)圓孔之間的間隙中還設(shè)置有比圓孔更小的微孔。進(jìn)一步地，所述空板由熱塑性樹脂或其改性材料制得，所述熱塑性樹脂材料為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、特氟龍或熱塑性有機(jī)硅。進(jìn)一步地，所述空板由熱固性樹脂或其改性材料制得，所述熱固性樹脂材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂聚氨酯、酚醛或熱固性有機(jī)硅。進(jìn)一步地，所述微孔為圓形孔或橢圓形孔。進(jìn)一步地，所述空板孔隙率為10-90％。進(jìn)一步地，所述基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)由一條或多條金屬線組成，所述金屬線為銅線或銀線。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個(gè)第一金屬分支的中點(diǎn)上，所述第二金屬線兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個(gè)第二金屬分支的中點(diǎn)上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長(zhǎng)度相等。進(jìn)一步地，所述基板上的多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)通過如下方法得到：S1、利用熱熔膠在基板表面粘貼預(yù)定厚度的金屬薄層；S2、通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述金屬薄層的厚度為0.005-0.1mm，熱熔膠的厚度為0.01-0.2mm，所述基板的厚度為0.1-5mm，所述空板的厚度為0.1-5mm。根據(jù)本發(fā)明的超材料，空板通過開設(shè)多個(gè)圓孔及四個(gè)圓孔之間的間隙中的比圓孔更小的微孔來(lái)降低自身的介電常數(shù)與介電損耗，可以通過控制圓孔及微孔的形狀、排布來(lái)控制空板的孔隙率，從而得到想要的介電常數(shù)的基板，從而控制超材料片層的介電常數(shù)，以此得到介電常數(shù)較小且介電損耗較小的超材料片層。附圖說明圖1為本發(fā)明的超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的超材料片層去掉空板以后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是圖3所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種衍生結(jié)構(gòu)；圖5是圖3所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種變形結(jié)構(gòu)；圖6為本發(fā)明的超材料片層中金屬薄層、熱熔膠及基板三者的疊加示意圖；圖7為本發(fā)明的多個(gè)超材料片層疊加形成超材料的示意圖；圖8為本發(fā)明第一種形式的空板；圖9為本發(fā)明第二種形式的空板。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。本發(fā)明的超材料，由至少一個(gè)如圖1所示的超材料片層10疊加形成，如圖1及圖2所示，每一個(gè)超材料片層10包括基板11、空板13及設(shè)置在基板11與空板13之間的呈周期排布的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)12，所述空板13開設(shè)有周期排布的多個(gè)圓孔，每四個(gè)圓孔之間的間隙中還設(shè)置有比圓孔更小的微孔。優(yōu)選地，所述微孔為圓形孔或橢圓形孔，圓形孔或橢圓形孔等加工比較簡(jiǎn)單，當(dāng)然有需要，微孔也可以有其它形狀，例如圓錐孔、圓臺(tái)孔，或其它不規(guī)則形狀。本發(fā)明中的微孔及圓孔均為貫穿空板的孔。圖7為本發(fā)明的多個(gè)超材料片層疊加形成超材料的示意圖，圖中超材料具有三個(gè)超材料片層10，如圖7所示，所述多個(gè)超材料片層10通過熱熔膠RJ連接成為一體，熱熔膠的厚度為0.01-0.2mm，例如0.08mm。熱熔膠是指在常溫下為固態(tài)，加熱后能熔融且在熔融狀態(tài)下具有粘性的一類高分子樹脂材料，例如聚酰胺、聚胺酯、聚乙烯等。當(dāng)然，超材料片層10的數(shù)量根據(jù)不同的需要可以靈活設(shè)置。本發(fā)明中，所述空板可以由熱塑性樹脂或其改性材料制得，熱塑性樹脂材料為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酯、特氟龍或熱塑性有機(jī)硅等。本發(fā)明中，所述空板也可以由熱固性樹脂或其改性材料制得，所述熱固性樹脂材料為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂聚氨酯、酚醛或熱固性有機(jī)硅等。本發(fā)明中，所述基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等制得。高分子材料可選用的有聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂、F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料等。例如，聚四氟乙烯的電絕緣性非常好，因此不會(huì)對(duì)電磁波的電場(chǎng)產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述空板孔隙率為10-90％。不同的孔隙率可以通過圓孔及微孔的形狀及排布方式獲得。本發(fā)明中，所述空板可以通過以下步驟得到：S1、將有機(jī)樹脂溶液及固化劑混合均勻，得到混合溶液；S2、固化，得到有機(jī)樹脂板，例如PS板(聚苯乙烯板)；S3、在有機(jī)樹脂板上機(jī)械加工出多個(gè)圓孔，在每四個(gè)圓孔之間的間隙中加工出多個(gè)微孔，即得到本發(fā)明的空板。本發(fā)明中，所述人造微結(jié)構(gòu)優(yōu)選為金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)由一條或多條金屬線組成，所述金屬線優(yōu)選為銅線或銀線。本發(fā)明中，所述人造微結(jié)構(gòu)可以是如圖3所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)，所述的雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線J1及第二金屬線J2，所述第一金屬線J1與第二金屬線J2的長(zhǎng)度相同，所述第一金屬線J1兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第一金屬分支F1，所述第一金屬線J1兩端連接在兩個(gè)第一金屬分支F1的中點(diǎn)上，所述第二金屬線J2兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第二金屬分支F2，所述第二金屬線J2兩端連接在兩個(gè)第二金屬分支F2的中點(diǎn)上，所述第一金屬分支F1與第二金屬分支F2的長(zhǎng)度相等。圖4是圖3所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種衍生結(jié)構(gòu)。其在每個(gè)第一金屬分支F1及每個(gè)第二金屬分支F2的兩端均連接有完全相同的第三金屬分支F3，并且相應(yīng)的第三金屬分支F3的中點(diǎn)分別與第一金屬分支F1及第二金屬分支F2的端點(diǎn)相連。依此類推，本發(fā)明還可以衍生出其它形式的金屬微結(jié)構(gòu)。圖5是圖3所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種變形結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)的金屬微結(jié)構(gòu)，第一金屬線J1與第二金屬線J2不是直線，而是彎折線，第一金屬線J1與第二金屬線J2均設(shè)置有兩個(gè)彎折部WZ，但是第一金屬線J1與第二金屬線J2仍然是垂直平分，通過設(shè)置彎折部的朝向與彎折部在第一金屬線與第二金屬線上的相對(duì)位置，使得圖5所示的金屬微結(jié)構(gòu)繞垂直于第一金屬線與第二金屬線交點(diǎn)的軸線向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原圖重合。另外，還可以有其它變形，例如，第一金屬線J1與第二金屬線J2均設(shè)置多個(gè)彎折部WZ。本發(fā)明中，所述基板上的多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)通過如下方法得到：S1、利用熱熔膠在基板表面粘貼預(yù)定厚度的金屬薄層；所述金屬薄層的厚度為0.005-0.1mm(金屬薄層的厚度即金屬微結(jié)構(gòu)的厚度)，例如0.018mm，熱熔膠的厚度為0.01-0.2mm，例如0.08mm，基板的厚度為0.1-5mm，例如0.4mm。圖6為本發(fā)明的超材料片層中金屬薄層、熱熔膠及基板三者的疊加示意圖，金屬薄層JS、熱熔膠RJ及基板11三者依次疊加。S2、通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法得到多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)。優(yōu)選為蝕刻。將要蝕刻區(qū)域(金屬微結(jié)構(gòu)以外的區(qū)域)的保護(hù)膜去除，在蝕刻時(shí)接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，最終剩下的即為我們需要的在基板上周期排布的金屬微結(jié)構(gòu)。將空板13覆蓋在蝕刻好的金屬微結(jié)構(gòu)上，即形成了如圖1所示的一個(gè)超材料片層10，空板與金屬微結(jié)構(gòu)之間也用熱熔膠連接。其中，空板的作用為調(diào)節(jié)超材料片層的介電常數(shù)，使其能夠得到較小的介電常數(shù)，從而使得整個(gè)超材料片層的介電常數(shù)降低?？瞻宓暮穸葹?.1-5mm，例如1.7mm。圖8所示為本發(fā)明第一種形式的空板KB1，所述空板KB1為PS板，所述空板KB1呈正方形，空板的尺寸為邊長(zhǎng)11.1mm(即圖中邊框BK的邊長(zhǎng)為11.1mm)，厚度1.7mm，所述空板KB1上開設(shè)有周期排布的多個(gè)圓孔YK1，優(yōu)選地，所有圓孔YK1體積相同(即半徑相同)，圓孔YK1的半徑為0.5mm，孔間距為0.1mm，此處孔間距指的是孔與孔之間的間隔，即相鄰兩個(gè)圓孔其圓心距減去兩個(gè)圓孔的半徑之和，圓孔布滿整個(gè)空板，每四個(gè)圓孔YK之間的間隙JX1中設(shè)置有一個(gè)比圓孔更小的呈圓形的微孔WK1，優(yōu)選地，所有微孔WK1體積相同(即半徑相同)，微孔WK1的半徑為0.74mm，空板KB1中共有圓孔100個(gè)，微孔81個(gè)，通過計(jì)算得到其孔隙率為70.1％。圖9所示為本發(fā)明第一種形式的空板KB2，所述空板KB2為PS板，所述空板KB2呈正方形，空板的尺寸為邊長(zhǎng)11.1mm(即圖中邊框BK的邊長(zhǎng)為11.1mm)，厚度1.7mm，所述空板KB1上開設(shè)有周期排布的多個(gè)圓孔YK1，優(yōu)選地，所有圓孔YK1體積相同(即半徑相同)，圓孔YK1的半徑為0.5mm，孔間距為0.1mm，此處孔間距指的是孔與孔之間的間隔，即相鄰兩個(gè)圓孔其圓心距減去兩個(gè)圓孔的半徑之和，圓孔布滿整個(gè)空板，每四個(gè)圓孔YK之間的間隙JX1中設(shè)置有一個(gè)比圓孔更小的微孔WK1，優(yōu)選地，所有微孔WK1體積相同(即半徑相同)，微孔WK1的表面形狀由如下方法確定，即保證微孔的表面形狀的邊緣任意一點(diǎn)到其靠近的圓孔的最短距離都是0.1mm，以保證，空板KB2中共有圓孔100個(gè)，微孔81個(gè)，通過計(jì)算得到其孔隙率為73.2％。已知折射率其中μ為相對(duì)磁導(dǎo)率，ε為相對(duì)介電常數(shù)。從上述公式可以看出，折射率越大的，介電常數(shù)也越大。即我們可以得到孔隙率越大，介電常數(shù)越低。這是因?yàn)榭諝獾南鄬?duì)介電常數(shù)為1，因此孔隙率越大代表空氣在空板中所占據(jù)的體積越大，則空板的介電常數(shù)越接近于1；同理，孔隙率越小代表空氣在空板中所占據(jù)的體積越小，則空板的介電常數(shù)越接近于空板的原材料(例如介電常數(shù)為2.7的PS)，因此，可以通過控制空板的孔隙率來(lái)得到想要的介電常數(shù)的空板，例如，當(dāng)空板采用介電常數(shù)為2.7的PS為原材料時(shí)，通過控制控制空板的孔隙率，可以使得空板的介電常數(shù)可以在1至2.7之間變化，以設(shè)計(jì)出符合超材料要求的空板。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。