一種三維人工電磁材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種快速制備人工電磁材料的技術(shù)，具體地說(shuō)是一種三維人工電磁材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工電磁材料是現(xiàn)在的新興領(lǐng)域，它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(guò)周期排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列可以實(shí)現(xiàn)自然材料不具備的奇異物理特性，從而應(yīng)用它在物理、電子、食品、生物、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域提供了新的突破。
[0003]通常三維人工電磁材料的制備需要一系列復(fù)雜的工藝。人工電磁材料是由周期排列的金屬諧振環(huán)構(gòu)成，利用其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性在結(jié)構(gòu)中可以產(chǎn)生電諧振或者磁諧振。三維人工電磁材料開(kāi)始是由多個(gè)二維的人工電磁材料搭建組合而成，直到柔性襯底的提出，才使三維人工電磁材料的制備工藝有了新的突破。但是傳統(tǒng)的三維人工電磁材料的制備，還是要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的工藝先做成二維人工電磁材料，再將柔性襯底卷曲成所需要的三維圖形。其制作復(fù)雜的工藝要求基底必須十分平整，否則不能制備出符合要求的圖形。
[0004]目前制備三維人工電磁材料主要采用光亥I」、磁控濺射(電子束蒸發(fā))、lift-off (剝離工藝)，如專(zhuān)利ZL 201110145760和專(zhuān)利ZL 201110145881。主要使用的材料是環(huán)氧樹(shù)脂，用傳統(tǒng)復(fù)雜的光刻技術(shù)在環(huán)氧樹(shù)脂基底上面做出圖形然后通過(guò)磁控濺射或者電子束蒸發(fā)工藝來(lái)做出所需要的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)工藝復(fù)雜成本高，不宜推廣應(yīng)用。并且傳統(tǒng)三維人工電磁材料的制備由于具有勻膠甩膠的步驟，其過(guò)程必須在十分平整的剛性襯底上才能完成，做完材料的制備之后還要將剛性襯底和柔性襯底進(jìn)行分離才能得到柔性襯底的二維人工電磁材料，最后通過(guò)卷曲的方法使二維人工電磁材料變成三維人工電磁材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加工簡(jiǎn)單，效率高的制備三維人工電磁材料的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種三維人工電磁材料的制備方法，包括柔性襯底的選擇、電鍍、光刻、濕法刻蝕，再卷曲成任意所需要的三維人工電磁材料結(jié)構(gòu)。所述的光刻，不是通常的勻膠、甩膠、曝光、顯影四個(gè)步驟。此處用干膜代替光刻膠，將干膜直接貼在事先選好的已經(jīng)電鍍過(guò)的柔性襯底上面，然后將需要制作的圖形直接在干膜上曝光顯影。濕法刻蝕顯出所需要的圖形之后將其卷曲成所需要的三維結(jié)構(gòu)。
[0007]在光刻之前，將選定好的柔性襯底電鍍一層銅，銅的厚度按照所需要的三維人工電磁材料的尺寸而定。
[0008]在光刻步驟中，采用干膜代替了光刻膠。
[0009]具體制備方法包括如下步驟:選擇柔性襯底、電鍍、光刻和濕法刻蝕工藝，⑴設(shè)計(jì)圖形，先確定三維人工電磁材料周期陣列的圖形；(2)選擇柔性襯底；(3)電鍍:將選取好的基底放入金屬鹽溶液中，通過(guò)電解作用，將預(yù)鍍的金屬離子在襯底的表面沉積，形成金屬鍍層，鍍層的厚度根據(jù)三維人工電磁材料周期陣列圖形的厚度確定。(4)干膜附著:選取一面電鍍過(guò)銅的柔性襯底，將干膜平整的附著在上面。(5)光刻:在附著了干膜的柔性襯底表面光刻出需要的圖形。(6)濕法刻蝕:將光刻之后的材料結(jié)構(gòu)浸泡在腐蝕液內(nèi)進(jìn)行腐蝕，沒(méi)有被干膜保護(hù)到的金屬會(huì)被腐蝕液洗掉，洗去材料上面剩余的干膜，留下的銅所形成的圖形即是需要制備的微結(jié)構(gòu)。(7)搭建三維人工電磁材料，將刻蝕之后的材料結(jié)構(gòu)卷曲成任意三維結(jié)構(gòu)或者貼附在任意曲面之上形成三維人工電磁材料。
[0010]在光刻工藝之前，在所選取的柔性襯底上面電鍍銅。電鍍銅的厚度約為10-15微米。干膜厚度15-100微米。所述三維人工電磁材料的主材可以是銅或金。襯底可以是聚酰亞胺或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。所述襯底的厚度可以是25 μ m、50 μ m、60 μ m或100 μ m。所述微結(jié)構(gòu)是單元結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具體可以為“L”、“C”、“E”、“S”、“工”等形狀。所述三維人工電磁材料的應(yīng)用，可以用于吸波器、生物傳感器、電磁屏蔽、隱身斗篷等。
[0011]由于采用了以上的技術(shù)方案，本發(fā)明改變了以往傳統(tǒng)光刻過(guò)程中需要?jiǎng)蚰z甩膠復(fù)雜的步驟需求，通過(guò)干膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光刻膠，從而不需要襯底的絕對(duì)平整。改變了傳統(tǒng)的三維人工電磁材料制備都需要以剛性襯底為基板的要求，干膜可以貼附在任何光滑的曲面上，這樣就可以在任意平滑的曲面上做所需要的圖形結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)的制備用濕法刻蝕的方法，在選定好的襯底上先電鍍一層銅，再用濕法刻蝕洗去所需要的圖形之外的銅，留下的部分就是所需要的圖形，不需要用到復(fù)雜的磁控濺射或者電子束蒸發(fā)工藝，節(jié)約了成本，簡(jiǎn)化了工藝，取得了很好的技術(shù)效果。
[0012]說(shuō)明書(shū)附圖
[0013]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的電磁波吸收超材料結(jié)構(gòu)方框圖；
[0014]圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例的電磁波吸收超材料結(jié)構(gòu)方框圖；
[0015]圖3 “C”字型單元結(jié)構(gòu)電磁波吸收率示意圖；
[0016]圖4 “工”字型單元結(jié)構(gòu)電磁波吸收率示意圖；
[0017]圖中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)為:
[0018]1，10基底銅層；2，20柔性襯底；3，30人造微結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方案
[0019]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)的目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]人工電磁材料可以單獨(dú)對(duì)電場(chǎng)或者磁場(chǎng)，或者兩者同時(shí)進(jìn)行響應(yīng)。由于金屬微結(jié)構(gòu)是亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，所以根據(jù)改變微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，控制人工電磁材料每個(gè)單元的介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)單負(fù)或者雙負(fù)人工電磁材料。
[0021]請(qǐng)參閱圖1、圖3，在本發(fā)明實(shí)例一中，一種由三維人工電磁材料制備而成的吸波器，包括:基底銅層10，柔性襯底20以及若干人造微結(jié)構(gòu)30，柔性襯底20沿橫向縱向被分成了若干個(gè)單元結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)30在單元結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電磁波入射到單元結(jié)構(gòu)上時(shí)，人造微結(jié)構(gòu)“c”字型結(jié)構(gòu)中電荷規(guī)則分布形成電流，電流的感生磁場(chǎng)和入射電磁波的磁場(chǎng)方向相反，抵消了電磁波的反射。而電磁波的透射則因?yàn)榛足~層的存在，擋住了電磁波的透射，使得電磁波全部被吸收。
[0022]請(qǐng)參閱圖2、圖4，在本發(fā)明實(shí)例二中，一種由三維人工電磁材料制備而成的吸波器，包括:基底銅層10，柔性襯底20以及若干人造微結(jié)構(gòu)30，結(jié)構(gòu)與實(shí)施例大部分相同，不同的是，當(dāng)電磁波入射到人造“工”字型微結(jié)構(gòu)之后，吸收電磁波的帶寬會(huì)不一樣，但是其中吸收電磁波的機(jī)理還是一樣的。
[0023]單元結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度和寬度不超過(guò)電磁波波長(zhǎng)的1/4，人造結(jié)構(gòu)的圖形可為“C”字型、“工”字型或其衍生型、“L”字型或者“S”字型等等。
[0024]—種三維人工電磁材料的具體制備方法如下:
[0025]1、圖形的設(shè)計(jì):制備之前，先確定三維人工電磁材料周期陣列的圖形；
[0026]2、基底的選擇:本發(fā)明基底是柔性襯底(2，20)，可以是聚酰亞胺(polymide)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)或其他材質(zhì)。