专利名称：一种新型超材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种材料，更具体地说，涉及一种新型超材料。
背景技术：
超材料又称人工电磁材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个超材料单元，整个超材料是由很多这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个 超材料单元上的人造微结构可以相同或者不完全相同。人造微结构是由金属丝组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个超材料的响应特性。普通材料的介电常数随着频率的变化而变化，如图1所示，在低损耗的情况下介电常数通常大于10，且只有一个谐振峰。在某些应用场合，特别是大规模集成电路中，需要用到具有低介电常数的材料，这就需要介电常数可以从零开始变化，普通材料一般都不满足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术不能使介电常数从零开始变化的上述缺陷，提供一种新型超材料，该材料在一定的频段内具有宽频高介电常数且在另一频段内具有由零开始逐渐增大的介电常数分布。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种新型超材料，该材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板上的人造微结构，基板虚拟地划分为多个阵列排布的基板单元，每个基板单元上附着一对人造微结构，每对人造微结构包括附着在所述基板单元上的形状不同的第一人造微结构和第二人造微结构；所述第一人造微结构与第二人造微结构为雪花型结构或者雪花型的衍生结构。在本发明的优选实施方式中，所述雪花型结构包括相互正交的两个工字型结构，所述工字型结构包括相互平行的第一金属线和第二金属线，以及连接第一金属线和第二金属线的第三金属线，二者的第三金属线相交且相互垂直。在本发明的优选实施方式中，所述两个工字型结构完全相同，且二者的第三金属线互相垂直平分。在本发明的优选实施方式中，所述雪花型的衍生结构包括雪花型结构及其工字型结构第三金属线或者第三金属线的延长线上所连接的与第一、第二金属线平行的平行金属线。
在本发明的优选实施方式中，所述第一人造微结构为所述雪花型的衍生结构，且所述平行金属线成对出现，并关于所述工字型结构第三金属线的中点对称。 在本发明的优选实施方式中，所述雪花型的衍生结构包括雪花型结构及其工字型结构的第一金属线和第二金属线两端所连接的端部金属线。在本发明的优选实施方式中，所述端部金属线为直线且向所述第三金属线延伸。在本发明的优选实施方式中，所述端部金属线为弧线或者弯折线。在本发明的优选实施方式中，所述第二人造微结构为所述雪花型的衍生结构，所述端部金属线向所述第三金属线中点延伸。在本发明的优选实施方式中，相邻两第一金属线的端部金属线平行。实施本发明所述的新型超材料，具有以下有益效果该材料的介电常数在一定频段内由零逐渐增大，当我们需要在不同频段内用到介电常数由零逐渐增大的特性时时，只需要改变人造微结构的尺寸即可实现；这种在一定的频段内介电常数由零逐渐增大的材料，可以满足特定场合的应用需求。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是普通材料介电常数特性曲线；
图2是实施例中的新型超材料的结构示意图；图3是图2所示材料中一个材料单元的结构示意图；图4是实施例中第二人造微结构的结构示意图；图5是实施例一中第一人造微结构的结构示意图；图6是实施例一的磁导率特性曲线图；图7是实施例一中第一人造微结构尺寸变大得到实施例二的结构示意图；图8是实施例二的磁导率特性曲线图；图9与图10是实施例中第二人造微结构的可能结构。
具体实施例方式本实施例提供一种新型超材料，包括至少一个材料片层，当具有多个材料片层时，这些材料片层沿垂直于其表面的方向堆叠到一起。图如2所示，该材料包括3块均匀等厚的材料片层1，多块材料片层I沿垂直于基板平面的方向(z轴方向)依次堆叠，每两块材料片层I之间通过一定的封装工艺例如焊接、铆接、粘接等方式制成为一个整体或者通过填充可连接二者的物质例如液态基板原料，其在固化后将已有的两材料片层I粘合，从而使多块材料片层I构成一个整体。每个材料片层I包括基板和附着在基板上的人造微结构，其中，基板的材料为陶瓷材料、聚四氟乙烯、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者FR-4。将基板虚拟地划分成多个完全相同的相互紧挨着的柱状基板单元，这些基板单元以X轴方向为行、以与之垂直的y轴方向为列依次阵列排布。每个基板单元上下位置附着第一人造微结构3和第二人造微结构4，基板单元和基板单元上的人造微结构共同构成一个材料单元2 ;如图2所示，本实施例的材料可看作是由多个材料单元2沿X、y、z三个方向阵列排布而成,其中，人造微结构可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方式附着于所述基材上。第一人造微结构3和第二人造微结构4的材质为金属线，这里使用铜线，当然金属线也可以使用银线等其他金属线，金属线的横截面也可以为圆柱状、扁平状或者其他形状。如图3所示，在本实施例中第一人造微结构3为雪花型结构的衍生结构，雪花型结构包括相互正交的两个工字型结构，工字型结构包括相互平行的第一金属线和第二金属线，以及连接第一金属线和第二金属线的第三金属线，二者的第三金属线相交且相互垂直，雪花型衍生结构包括雪花型结构及其工字型结构第三金属线或者第三金属线的延长线上所连接的第一、第二金属线的平行金属线，所连接的平行金属线成对出现，并关于所述工字型结构第三金属线的中点对称，在实际运用中的，所连接的平行金属线根据具体需求增大或减小；第二人造微结构4如图4所示，第二人造微结构4同样为雪花型结构的衍生结构，包括雪花型结构及其与工字型结构的第一金属线和第二金属线两端所连接的端部金属线，端部金属线为直线且向第三金属线延伸，所有在雪花型结构上添加金属线的结构都为雪花型衍生结构。该第二人造微结构还可以由多种变形，如图9和图10所示，其中端部金属线可以为弧形或者弯折线；需要说明的是为了简化起见，图9和图10中的结构都用细线来画出，实际上，上述结构都具有一定的宽度，如图3所不。优选的，本发明采用以下实施例实施例一当人造微结构3如图5所示，al = 2. 8毫米、a2 = 2. 4毫米、a3 = 2毫米、a4 = 3毫米、a5 = O.1毫米,人造微结构4如图4所示，cl = c2 = 2.89毫米、c3 = O. 184毫米、c4 = O. 75毫米,如图3所示的基板单元，dl = 4毫米、d2 = 8毫米,利用上述参数得到的仿真图如图6所示，由图6中的实线可知，该材料的介电常数特性具有多谐振的特点，在频段为(OGHz 8GHz)内介电常数保持不变且为20，由此可见，此种材料具有宽频高介电常数的特点，由图6还可以看出，介电常数在一定的频段内(11. 7GHz 13. 3GHz)由零逐渐增力口，而且由虚线可知在介电常数较小的上述频段内对应介电常数的虚部接近零，因此损耗也较低，此种材料适合应用在要求介电常数由零逐渐增大或者要求该材料具有宽频特性的场合。实施例二与实施例一不同在于第一人造微结构3的尺寸，增大尺寸后的人造微结构3如图7所不，al = 3. 6毫米、a2 = 3. 2毫米、a3 = 2. 8毫米、a4 = 3. 8毫米、a5 = O.1毫米,人造微结构4如图4所示，cl = c2 = 2. 89毫米、c3 = O. 184毫米、c4 = O. 75毫米,如图3所示的基板单元，dl = 4毫米、d2 = 8毫米,利用上述参数得到的仿真图如图8所示，由图8中的实线可知，该材料的介电常数特性具有多谐振的特点，介电常数在频段(IGHz 7GHz)内介电常数不变且为20,由此可见该材料具有宽频高介电常数的特点,介电常数在一定的频段内(11.7GHz 15GHz)由零逐渐增加，而且由虚线可知在介电常数较小的上述频段内对应介电常数的虚部接近零，因此损耗也较低，此种材料适合应用在要求介电常数由零逐渐增大或者要求该材料具有宽频特性的场合。对比实施例一与实施例二，不难发现，当人造微结构3的尺寸变大的时候谐振峰前移了，相反减小人造微结构3的尺寸可以使谐振峰后移，所以，当我们需要在某一频点处实现介电常数由零开始连续增大时，只需要调节人造微结构的尺寸就能够实现在某一频点处介电常数由零开始变化。除了上述实施例中描述的第二人造微结构，第二人造微结构还可以为图9与图10所示的结构。改变加入与工字型连接线段的数量与长度可以对第一人造微结构3进行调节。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启 示下，还可以对第一人造微结构和第二人造微结构的形状做出一些变形，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种新型超材料，其特征在于，该材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板上的人造微结构，基板虚拟地划分为多个阵列排布的基板单元，每个基板单元上附着一对人造微结构，每对人造微结构包括附着在所述基板单元上的第一人造微结构和第二人造微结构；所述第一人造微结构与第二人造微结构为雪花型结构或者雪花型的衍生结构。
2.根据权利要求1所述的新型超材料，其特征在于，所述雪花型结构包括相互正交的两个工字型结构，所述工字型结构包括相互平行的第一金属线和第二金属线，以及连接第一金属线和第二金属线的第三金属线，且所述两个工字型的第三金属线相交且相互垂直。
3.根据权利要求2所述的新型超材料，其特征在于，所述两个工字型结构完全相同，且二者的第三金属线互相垂直平分。
4.根据权利要求3所述的新型超材料，其特征在于，所述雪花型的衍生结构包括雪花型结构及其工字型结构第三金属线或者第三金属线的延长线上所连接的与第一、第二金属线平行的平行金属线。
5.根据权利要求4所述的新型超材料，其特征在于，所述第一人造微结构为所述雪花型的衍生结构，且所述平行金属线成对出现，并关于所述工字型结构第三金属线的中点对称。
6.根据权利要求2所述的新型超材料，其特征在于，所述雪花型的衍生结构包括雪花型结构及其与工字型结构的第一金属线和第二金属线两端所连接的端部金属线。
7.根据权利要求6所述的新型超材料，其特征在于，所述端部金属线为直线且向所述第三金属线延伸。
8.根据权利要求6所述的新型超材料，其特征在于，所述端部金属线为弧线或者弯折线。
9.根据权利要求7所述的新型超材料，其特征在于，所述第二人造微结构为所述雪花型的衍生结构，所述端部金属线向所述第三金属线中点延伸。
10.根据权利要求9所述的新型超材料，其特征在于，相邻两第一金属线的端部金属线平行。
全文摘要
本发明涉及一种新型超材料，包括至少一个材料片层，每个材料片层包括基板和附着在基板上的人造微结构，基板虚拟地划分为多个阵列排布的基板单元，每个基板单元上附着一对人造微结构，每对人造微结构包括附着在所述基板单元上的第一人造微结构和第二人造微结构，第一人造微结构和第二人造微结构为雪花型结构或者雪花型结构的衍生结构，所述雪花型结构包括相互正交的两个工字型结构，所述工字型结构包括相互平行的第一金属线和第二金属线，以及连接第一金属线和第二金属线的第三金属线，二者的第三金属线相交且相互垂直。该材料在一定的频段内具有宽频高介电常数且在另一频段内具有由零开始逐渐增大的介电常数分布，可以满足特定场合的需要。
文档编号H01Q15/00GK103036042SQ20111023996
公开日2013年4月10日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者刘若鹏, 栾琳, 寇超锋, 蒋楠楠 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司