由樹枝狀結構單元構成的左手材料的製作方法

2023-06-28 17:05:06 1

專利名稱：由樹枝狀結構單元構成的左手材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種左手材料，特別涉及一種由樹枝狀結構單元構成的左手材料。
背景技術：
左手材料(left-handed metamaterials)是一種人工周期複合結構材料，其在一定頻 率範圍內介電常數和磁導率實部同時為負值。當電磁波在材料內部傳播時，相速度與能流方 向反向，電場、磁場和波矢方向服從左手定則。由於左手材料這種反常的物理特性表現出許 多奇異的光學和電磁學性能，如負折射率，完美透鏡效應，反常D叩pler效應、反常Cherenkov 效應等。因此對研製超分辨光學儀器，探測器，隱身材料，微波器件等方面有著重要應用價 值。目前左手材料的製備多採用複合金屬絲陣列和開口諧振環陣列來分別實現負介電常數和 負磁導率。然而兩種結構的複合對製備工藝提出了更高的要求，如開口諧振環陣列和金屬杆 陣列必需嚴格對齊，複合結構必須採用多層結構等。由於製備高頻甚至到紅外及可見光頻段， 所需諧振單元尺寸達到了納米級別，傳統的物理刻蝕工藝已經很難製備這樣複雜多層結構的 左手材料。而且，由於開口諧振環和金屬絲單元結構自身諧振模式的特殊性，需要外界電磁 場以特定的偏極化方向入射激勵，才能產生左手效應，這也對實際應用帶來許多局限。樹枝狀結構是一種高度對稱的分形結構，其物理模型可以用DLA模型或自仿射分形模型 來描述。在電化學或高分子化學領域，納米尺度樹枝狀結構材料的製備技術已經十分成熟。 利用樹枝狀結構作為左手材料的單元模型，對於實現紅外或可見光全向左手材料有重要的意 義。發明內容本發明的目的是提供一種由樹枝狀結構單元構成的左手材料。其結構單元為金屬 樹枝狀結構。通過結構參數設計，使金屬樹枝的電諧振和磁諧振位於同一頻段，從而實現左 手行為。由於本發明中左手材料的單元僅為單一的樹枝結構，因而加工工藝十分簡便；樹枝 結構的高度對稱性使其能適應多角度入射的微波，大大拓寬了左手材料的應用領域；而且也 對以化學方法製備紅外或可見光波段的樹枝狀左手材料給予了重要借鑑及理論支持。


圖1 樹枝狀結構單元的左手材料圖2 實施例一樹枝狀左手材料結構示意3 實施例一樹枝狀左手材料微波透射圖 圖4 實施例二樹枝狀左手材料結構示意圖 圖5 實施例三樹枝狀左手材料結構示意圖 圖6 實施例四樹枝狀左手材料塊材結構示意圖具體實施方式
採用電路板刻蝕技術，在厚度為0.8 2rnm的環氧酚醛玻璃纖維PCB基板某 一面上刻蝕出金屬樹枝狀結構單元陣列，單元間隔d=5 15mm。樹枝的從中心向外圍的各 級分支長度分別為一級分支長度h二0.5 2.5mm， 二級分支長度l2 = 0.5 2mm，三級分支長 度l3二0.5 lmm，相臨兩個一級分支間夾角為e=20° 75°，相臨兩個二級分支間夾角為62 =20°~75°，相臨兩個三級分支間夾角為03 = 2O° 75。，線寬為0.1~2mm。按實際需求將刻 蝕後的PCB版切塊，製得單層樹枝狀左手材料。若將多片單層樹枝狀左手材料按等間距2 10mm排列，即得到塊狀樹枝狀左手材料。本發明的實現過程和材料的性能由實施例和

-實施例一 採用電路板刻蝕技術，在厚度為0.8mm的環氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出 金屬樹枝狀結構單元陣列，單元間隔d=9mm。樹枝的從中心向外圍的各級分支長度分別為 一級分支長度l,^2mm， 二級分支長度l2二0.9ram,三級分支長度l3 = 0.9mm，相臨兩個一級分支間夾角為e=45°，相臨兩個二級分支間夾角為e=45°，相臨兩個三級分支間夾角為e=45°，線寬為1.5mm。將刻蝕後的PCB板切成大小為65mmX65mm，製得單層樹枝狀左手材 料如附圖2所示。單層樹枝狀左手材料的微波透射曲線如附圖3所示。實施例二採用電路板刻蝕技術，在厚度為1mm的環氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出金 屬樹枝狀結構單元陣列，單元間隔d=6mm。樹枝的從中心向外圍的各級分支長度分別為一 級分支長度h二1.5mm， 二級分支長度l2=0.8mm，三級分支長度l3 = 0.5mm，相臨兩個一級分支間夾角為e=60°，相臨兩個二級分支間夾角為e=58°，相臨兩個三級分支間夾角為e=57°，線寬為lmm。將刻蝕後的PCB板切成大小為30mmX30mm，製得單層樹枝狀左手材料 如附圖4所示。實施例三採用電路板刻蝕技術，在厚度為1.5mm的環氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出 金屬樹枝狀結構單元陣列，單元間隔d^l5mm。樹枝的從中心向外圍的各級分支長度分別為 一級分支長度h二2.5mm， 二級分支長度l2==2mm，三級分支長度13 = lmm，相臨兩個一級分支間夾角為e=72°，相臨兩個二級分支間夾角為e二53。，相臨兩個三級分支間夾角為e=50°，線寬為2mm。將刻蝕後的PCB板切成大小為100mmX100mm，製得單層樹枝狀左手材料如 附圖5所示。實施例四採用電路板刻蝕技術，在厚度為2.5mm的環氧酚醛玻璃纖維PCB基板的一面上刻蝕出 金屬樹枝狀結構單元陣列，單元間隔d=5mm。樹枝的從中心向外圍的各級分支長度分別為 一級分支長度h^0.5mm， 二級分支長度I2=0.5mm，三級分支長度I3 = 0.5mm，相臨兩個一級分支間夾角為e=36°，相臨兩個二級分支間夾角為e=25°，相臨兩個三級分支間夾角為e=40°，線寬為0.3mm。將刻蝕後的PCB板切成大小為30mmX20mm，製得單層樹枝狀左手 材料，將6片單層左手材料熱壓成樹枝狀左手材料塊材，如附圖6所示。以上所述，僅為本發明的優選實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡 依本發明權利要求及發明說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利覆 蓋的範圍內。
權利要求
1.由樹枝狀結構單元構成的左手材料，其結構單元為金屬樹枝狀結構，基板為環氧酚醛玻璃纖維PCB基板，其主要特徵是僅需在PCB基板的單面刻蝕由一種樹枝結構單元組成的陣列。
2. 如權利要求1所述的由樹枝狀結構單元構成的左手材料，其特徵是金屬樹枝狀結構單元 陣列的單元間隔d = 5 15mm，樹枝從中心向外圍的各級分支長度分別為一級分支長度h 二0.5 2.5mm， 二級分支長度l2 = 0.5 2mm，三級分支長度l3 = 0.5 lmm，相臨兩個一 級分支間夾角為e!二20。 75。，相臨兩個二級分支間夾角為e2 = 20° 75°，相臨兩個三級 分支間夾角為e3 = 20° 75°，線寬為0.1 2mm。
3. 如權利要求1所述的由樹枝狀結構單元構成的左手材料的製備，工藝過程可以分成以下兩種(1) 使用單層單面覆銅PCB基板刻蝕，製備單層樹枝狀左手材料；(2) 使用多片相同尺寸的單層樹枝狀左手材料經過熱壓處理，製成多層樹枝狀左手材料塊 材。
全文摘要
本發明涉及一種左手材料，特別涉及一種由樹枝狀結構單元構成的左手材料。與以往左手材料相比，本發明所述的由樹枝狀結構單元構成的左手材料僅需要一種結構單元，即樹枝狀結構單元。通過調節樹枝狀結構的幾何參數，使得材料在微波頻段內同時實現負介電常數及負磁導率。同時樹枝結構的高度對稱性使其能適應多角度入射的微波，大大拓寬了左手材料的應用領域；而且也對以化學方法製備紅外或可見光波段的樹枝狀左手材料給予了重要借鑑及理論支持。
文檔編號H01P7/00GK101325274SQ200710018058
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者欣 周, 趙曉鵬 申請人:西北工業大學