CN1925209B - 一种由树枝状结构单元构成的负磁导率材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由树枝状多级结构单元构成的负磁导率材料，特别是一种基本结构单元被设计为树枝状结构的负磁导率材料。到目前为止，负磁导率的实现多依赖于金属开口谐振环或其变形，本发明提出一种树枝状结构单元负磁导率材料，并采用电路板刻蚀技术制备了微波段树枝状结构单元负磁导率材料，通过控制树枝状结构单元的几何参数，可以调控该材料在8.0-12.0GHz内的某频段产生谐振，在谐振频率处电磁波不能传播，在频率稍大于其谐振频率附近可以实现负的磁导率。
Description
技术领域 本发明涉及一种由树枝状结构单元构成的负磁导率材料，特别涉及一种基本机构单元被设计为树枝状结构的负磁导率材料。
背景技术 负磁导率材料是一种自然界中不存在的人工复合结构材料，通过调节其结构单元的几何形状和空间图案分布，可实现材料的磁导率小于零。负磁导率材料同负介电常数材料复合在一起即可制得一种新颖的材料-----左手材料(left-handed metamaterials)，在该材料中，电磁波的相速度和群速度方向相反，从而呈现出许多新颖的光学特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射效应等。因而在无线电通信、超敏感传感器、医学诊断成像等领域有重要的应用价值。目前负磁导率材料的实现多依赖于周期性金属开口谐振环(Split ring resonators)或其变形，而对于采用更有可能实现化学方法制备的准周期或非周期性结构实现负磁导率的材料至今未见报道。
发明内容 本发明的目的是提供一种由树枝状结构单元构成的负磁导率材料，其结构单元被设计为树枝状结构，相同几何参数的树枝状结构按照一定的周期排列成层状结构材料，该材料在8.0-12.0GHz的某一频段内可以实现负磁导率。
本发明提供的一种由树枝状结构单元构成的负磁导率材料，其具体制备过程按以下步骤实施，
步骤1：采用电路板刻蚀技术，以阳刻的方式在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出树枝状结构单元；
步骤2：采用电路板刻蚀技术，以阴刻的方式在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出树枝状结构单元；
步骤3：将刻蚀方式相同且具有相同几何参数的树枝状结构单元以6.0-10.5mm的中心间距排布成条状结构；
步骤4：将刻蚀方式相同且具有相同几何参数的树枝状结构单元的条状结构相互层叠排列组成间隔为5mm的层状结构材料；
构成的材料可以在8.0-12.0GHz范围内的实现负磁导率。
附图说明
图1树枝状结构单元的样品图：(a)为二级树枝状样品图，(b)为三级树枝状样品图，(c)为四级树枝状样品图。
图2三级树枝状负磁导率材料样品1的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图3三级树枝状负磁导率材料样品2的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图4二级树枝状负磁导率材料样品3的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图5三级树枝状负磁导率材料样品4的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图6三级树枝状负磁导率材料样品5的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图7三级树枝状负磁导率材料样品6的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图8三级树枝状负磁导率材料样品7的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图9三级树枝状负磁导率材料样品8的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图10四级树枝状负磁导率材料样品9的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
图11四级树枝状负磁导率材料样品10的样品图、几何参数及其微波透射曲线。
具体实施方式 采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出树枝状结构单元，其中树枝状结构单元由2到4级线状结构组成，如附图1所示，其中一级线状结构的线长a为1.4-2.16mm，二级线状结构的线长b为0.85-1.8mm，三级线状结构的线长c为0.7-1.15mm，四级线状结构的线长d为0.55mm，相邻同级结构之间的夹角2θ为22.5°-60°，每级线状结构的线宽和厚度分别为0.3mm和0.02mm。将刻蚀方式相同且具有相同几何参数的树枝状结构单元以6.0-10.5mm的中心间距排布成条状结构，再将刻蚀方式相同且具有相同几何参数的树枝状结构单元的条状结构相互层叠排列组成间隔为5mm的层状结构材料，制得由树枝状结构单元构成的负磁导率材料。采用AV3618矢量网络分析仪，使用矩形波导法测量了不同几何参数的负磁导率材料在8-12GHz频率段的微波透射行为，测试结果表明该材料可以在8.0-12.0GHz范围内的某频段实现负磁导率。
本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：
实施例一：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝2.0mm，二级线长b＝1.2mm，三级线长c＝0.9mm，夹角θ＝22.5°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心距D＝7.0mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品1，其微波透射曲线如附图2所示。
实施例二：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝2.0mm，二级线长b＝1.2mm，三级线长c＝1.1mm，夹角θ＝22.5°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝6.0mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品2，其微波透射曲线如附图3所示。
实施例三：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的二级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.8mm，二级线长b＝1.8mm，夹角θ＝11.25°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝8.5mm，制得二级树枝状负磁导率材料样品3，其微波透射曲线如附图4所示。
实施例四：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.62mm，二级线长b＝1.39mm，三级线长c＝1.15mm，夹角θ＝30°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝9.0mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品4，其微波透射曲线如附图5所示。
实施例五：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.52mm，二级线长b＝0.85mm，三级线长c＝0.71mm，夹角θ＝22.5°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元中心间距D＝7.5mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品5，其微波透射曲线如附图6所示。
实施例六：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.73mm，二级线长b＝1.03mm，三级线长c＝0.87mm，夹角θ＝22.5°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝8.1mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品6，其微波透射曲线如附图7所示。
实施例七：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝2.16mm，二级线长b＝1.19mm，三级线长c＝0.92mm，夹角θ＝22.5°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝10.5mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品7，其微波透射曲线如附图8所示。
实施例八：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的三级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.4mm，二级线长b＝0.85mm，三级线长c＝0.7mm，夹角θ＝22.5°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝7.28mm，制得三级树枝状负磁导率材料样品8，其微波透射曲线如附图9所示。
实施例九：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的四级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.5mm，二级线长b＝1.2mm，三级线长c＝1.0mm，四级线长d＝0.55mm，夹角θ＝30°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝10.3mm，制得四级树枝状负磁导率材料样品9，其微波透射曲线如附图10所示。
实施例十：
采用电路板刻蚀技术，在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出金属铜的四级树枝状结构单元，其一级线长a＝1.5mm，二级线长b＝1.2mm，三级线长c＝1.0mm，四级线长d＝0.55mm，夹角θ＝30°，线宽0.3mm，厚度为0.02mm，相邻结构单元的中心间距D＝9.5mm，制得四级树枝状负磁导率材料样品10，其微波透射曲线如附图11所示。
Claims (3)
1.一种由树枝状结构单元构成的负磁导率材料，其主要特征是将具有相同几何参数的金属树枝状结构单元采用电路板刻蚀技术按照一定的周期排列成层状结构刻蚀在环氧酚醛玻璃纤维PCB基板的表面；金属树枝状结构单元由二到四级线状结构组成，其中一级线状结构的线长(a)为1.5-2.16mm，二级线状结构的线长(b)为0.85-1.8mm，三级线状结构的线长(c)为0.7-1.15mm，四级线状结构的线长(d)为0.55mm，相邻同级结构之间的夹角(2θ)为22.5°-60°，每级线状结构的线宽和厚度分别为0.3mm和0.02mm，该材料可以在8.0-12.0GHz范围内实现负磁导率。
2.如权利要求1所述的一种由树枝状结构单元构成的负磁导率材料，其特征是金属树枝状结构单元由金属铜或覆盖有金属锌的铜组成。
3.一种制备如权利要求1所述的负磁导率材料的方法，其制备过程如下：
(1)采用电路板刻蚀技术，以阳刻的方式在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出树枝状结构单元；
(2)采用电路板刻蚀技术，以阴刻的方式在厚度为0.8mm的环氧酚醛玻璃纤维PCB基板上刻蚀出树枝状结构单元；
(3)将刻蚀方式相同且具有相同几何参数的树枝状结构单元以6.0-10.5mm的中心间距排布成条状结构；
(4)将刻蚀方式相同且具有相同几何参数的树枝状结构单元的条状结构相互层叠排列组成间隔为5mm的层状结构材料。
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