CN102952367A - 一种超材料基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超材料基板及其制备方法，所制备的基板材料加入了铁氧体，提高了基板的刚度、强度、尺寸稳定性、绝缘性等；由于铁氧体具有磁性，使得制备的基板具有非常好的吸波性能，可以与超材料的微结构共同作用对电磁波发生响应，扩展了超材料的应用，因而可广泛的应用在航空航天、机械、物理、化学、电绝缘以及军事等领域。

Description

一种超材料基板及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料基板及其制备方法。
【背景技术】
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而或得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构而非构成它们的材料，因此为设计和合成超材料，人们进行了很多研究工作。超材料包括人造结构以及人造结构所附着的材料，该附着材料对人造结构起到支撑作用，因此可以是任何与人造结构不同的材料，这两种材料的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，而这两个物理参数分别对应了材料的电场响应与磁场响应。而基板的性能对超材料的最终性能有重要的影响，不同的基板材料具有不同的优势及不足。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有吸波性能的超材料基板及制备这种基板的方法。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种超材料基板，包括增强材料，浸润在增强材料表面及内部的有机树脂胶，其特征在于：所述的有机树脂胶内含有铁氧体。
所述的铁氧体为多孔铁氧体或实体铁氧体。
进一步改进，通过控制铁氧体的含量来制备具有不同吸波能力的超材料基板。
一种超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、制备铁氧体；
b、将铁氧体、有机树脂溶液和固化剂充分混合均匀，形成含有铁氧体的胶液；
c、将增强材料浸入到步骤b中的胶液中；
d、将增强材料充分浸润，然后固化，得到含有铁氧体的基板。
所述的铁氧体为多孔铁氧体或实体铁氧体。
所述的铁氧体为钡铁氧体、锌铁氧体、镍锌铁氧体、锰铁氧体或锶铁氧体中的一种或多种。
所述的铁氧体为粉末状。
所述的有机树脂溶液为环氧树脂溶液。
所述的有机树脂溶液为溴化环氧树脂溶液。
所述的有机树脂溶液为酚醛树脂溶液。
所述的增强材料为玻璃纤维布、纸基电子布、陶瓷基电子布或金属基电子布。
本发明的有益效果是，所制备的基板材料加入了铁氧体，提高了基板的刚度、强度、尺寸稳定性、绝缘性等；更重要的是：由于铁氧体具有磁性，使得制备的基板具有非常好的吸波性能，可以与超材料的微结构共同作用对电磁波发生响应，扩展了超材料的应用，因而可广泛的应用在航空航天、机械、物理、化学、电绝缘以及军事等领域。
【附图说明】
图1为本发明的超材料基板的示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种超材料基板，包括增强材料2，浸润在增强材料表面及内部的有机树脂胶1，所述的有机树脂胶内含有铁氧体3，所述的铁氧体为多孔铁氧体或实体铁氧体，铁氧体的直径可以相同也可以不同。
一种超材料基板的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
a、制备铁氧体；所述的铁氧体为钡铁氧体、锌铁氧体、镍锌铁氧体、锰铁氧体、锶铁氧体中的一种或多种；
b、将铁氧体、有机树脂溶液和固化剂三者充分混合均匀，形成含有铁氧体的胶液；
c、将增强材料浸入到步骤b中的胶液中；所述的增强材料为玻璃纤维布，还可以是纸基电子布、陶瓷基电子布或金属基电子布等，本实施方式中一般采用玻璃纤维布；
d、将增强材料充分浸润后取出，通过刮膜的方式将所述的增强材料表面刮平，然后固化，得到含有铁氧体的基板。
所述的铁氧体为粉末状，如钡铁氧体粉、锌铁氧体粉、镍锌铁氧体粉、锰铁氧体粉或锶铁氧体粉等中的一种或多种；所述的有机树脂溶液为环氧树脂溶液、溴化环氧树脂溶液或酚醛树脂溶液。
由以上方法制得的超材料基板，所制备的基板材料加入了铁氧体，提高了基板的刚度、强度、尺寸稳定性、绝缘性等；更重要的是：由于铁氧体具有磁性，使得制备的基板具有非常好的吸波性能，通过控制铁氧体的含量来制备具有不同吸波能力的超材料基板，可以与超材料的微结构共同作用对电磁波发生响应，扩展了超材料的应用，因而可广泛的应用在航空航天、机械、物理、化学、电绝缘以及军事等领域；如果加入的铁氧体为多孔的铁氧体，相对于全部加入的为实体铁氧体的基板而言，加入有多孔铁氧体的基板的介电常数降低了，根据实际应用中可以加入多孔铁氧体或者实体铁氧体来制得具有吸波性能的基板。
应当理解，超材料基板的生产工艺也可以采用如下生产工艺。将铁氧体、有机树脂溶液和固化剂三者充分混合均匀，形成胶液；增强材料如玻璃纤维布开卷后，经导向辊，进入胶槽；浸胶后通过挤胶辊，控制有机树脂含量，然后进入烘箱；经过烘箱期间，去除溶剂等挥发物，同时使有机树脂处于半固化状态。调节挤胶辊的间隙以控制有机树脂含量，调节烘箱各温区的温度、风量和车速控制凝胶时间和挥发物含量。
实施例一：
制备实体钡铁氧体粉末，将氧化钡粉末和氧化铁粉末高温煅烧、研磨形成实体钡铁氧体粉；
将实体钡铁氧体粉、环氧树脂溶液和2-乙基4甲基咪唑固化剂三者充分混合均匀，形成含有钡铁氧体的胶液；
再将玻璃纤维布浸入到胶液中，取出玻璃纤维布，通过刮膜的方式将所述的玻璃纤维布表面刮平，然后放入烘箱中使其固化，得到含有钡铁氧体的基板。
应当理解，还可以用其他的金属氧化物与氧化铁高温煅烧、研磨制成不同的铁氧体粉末，如锌铁氧体粉、镍锌铁氧体粉、锰铁氧体粉或锶铁氧体粉等。
实施例二：
实施例二相对于实施例一不同点在于，制备的钡铁氧体粉为多孔钡铁氧体粉，不仅制得的基板具有吸波性能，而且由于采用的是多孔钡铁氧体粉，与实施例一种采用的实体钡铁氧体粉相比制得的基板的介电常数降低了；
A、配制Fe(NO3)3、BaCl2、NaOH溶液；
具体的，NaOH作为沉淀剂，为使沉淀颗粒细小均匀，防止因局部NaOH溶液过量以致形成较大颗粒，使用恒压漏斗，将NaOH溶液和Fe(NO3)3、BaCl2溶液分别通过恒压漏斗同时流入到容器内；
其化学方程式为：
Fe(NO3)3+BaCl2+5NaOH＝Fe(OH)3↓+Ba(OH)2↓+NaNO3+2NaCl
B、启动电动搅拌器，调整Fe(NO3)3、BaCl2溶液与NaOH溶液的流速，使溶液pH值基本保持9左右，约20min同时流完，继续搅拌10min；
C、将沉淀用去离子水洗至pH值为7，经过滤后放入鼓风干燥箱中烘干，烘箱温度为90℃，物料烘干后研磨得到钡铁氧体粉前驱粉；
D、将盛有钡铁氧体粉前驱粉的坩埚放入高温箱式电阻炉中，在5℃/rain的升温速率下升温到850℃，并在850℃下保温2h，氢氧化铁和氢氧化钡高温煅烧时，由于分解产生水蒸气，制得多孔钡铁氧体粉。
E、将多孔钡铁氧体粉、环氧树脂溶液和2-乙基4甲基咪唑固化剂三者充分混合均匀，形成含有多孔钡铁氧体的胶液；
F、再将玻璃纤维布浸入到胶液中，取出玻璃纤维布，通过刮膜的方式将所述的玻璃纤维布表面刮平，然后放入烘箱中使其固化，得到含有钡铁氧体的基板。
应当理解，还可以采用其他的金属离子溶液，形成不同的铁氧体，如锌铁氧体粉、镍锌铁氧体粉、锰铁氧体粉或锶铁氧体粉等；NaOH溶液也可以由其它的强碱替代，如KOH等；Fe(NO3)3也可以用其它三价铁离子溶液，如FeCl3等；
实施例三：
实施例三加入的铁氧体既有实体的铁氧体也有多孔的铁氧体，相当于实施例一和实施例二的综合，可以根据实际应用情况及基板介电常数的要求，同时加入多孔铁氧体、实体铁氧体来制得具有吸波性能的基板，也可以单一加入。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种超材料基板，包括增强材料，浸润在增强材料表面及内部的有机树脂胶，其特征在于：所述的有机树脂胶内含有铁氧体。
2.根据权利要求1所述的超材料基板，其特征在于：所述的铁氧体为多孔铁氧体或实体铁氧体。
3.一种超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、制备铁氧体；
b、将铁氧体、有机树脂溶液和固化剂充分混合均匀，形成含有铁氧体的胶液；
c、将增强材料浸入到步骤b中的胶液中；
d、将增强材料充分浸润，然后固化，得到含有铁氧体的基板。
4.根据权利要求3所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的铁氧体为多孔铁氧体或实体铁氧体。
5.根据权利要求3或4所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的铁氧体为钡铁氧体、锌铁氧体、镍锌铁氧体、锰铁氧体或锶铁氧体中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的铁氧体为粉末状。
7.根据权利要求3所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的有机树脂溶液为环氧树脂溶液。
8.根据权利要求3所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的有机树脂溶液为溴化环氧树脂溶液。
9.根据权利要求3所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的有机树脂溶液为酚醛树脂溶液。
10.根据权利要求3所述的超材料基板的制备方法，其特征在于：所述的增强材料为玻璃纤维布、纸基电子布、陶瓷基电子布或金属基电子布。
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