专利名称：基于液晶的宽频电场可调负折射率器件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种负折射率器件，特别是基于液晶的宽频电场可调负折射率器件。
背景技术：
负折射率材料表现出自然界现存材料不具备的负折射效应，可应用于新型电子信息元器件的设计和制备。然而，普通负折射率材料仅能在某一频段内有效工作，极大的限制了负折射率材料的应用。参照图 9，JC "Tunable fishnet metamaterials infiltrated by liquid crystals, "Applied Physics Letters, 2010, vol. 96, p. 193103-1-193103-3，”公开了一种基于液晶的金属渔网结构的负折射率材料。这项工作在半导体基板氧化锌(&ι0)92正反两面加工渔网结构的金(Au)薄膜91形成负折射率材料，然后在渔网网孔93中加入液晶。利用液晶改变渔网结构金属薄膜的边缘电场，通过影响负折射率材料的电容赋予负折射率材料工作频率的可调谐性。然而，理论研究表明当液晶介电性能变化时负折射率材料的工作频率调幅(频率移动幅度/中心工作频率)仅为3%，显然无法满足负折射率材料的应用要求。
发明内容为了克服现有的负折射率材料工作频段窄的不足，本实用新型提供一种基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，通过设计液晶注射腔将液晶注入渔网结构金属片的中间使其成为负折射率器件的基板，从而最大程度调节负折射率器件的电容和工作频段，此外利用液晶有效介电常数受外加偏置电场影响的特点，实现负折射率器件的工作频率随外加偏置电场的动态变化。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案一种基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，包括覆铜板1，其特点是还包括U型压条2，所述覆铜板1是长方形、单面，有两个，每个覆铜板1四个角有定位孔4，每个覆铜板1 一面刻蚀有金属片阵列，金属片阵列由多个、多排渔网结构金属片排列而成，金属片阵列和引线6相连；所述U型压条2外径与长方形的覆铜板1长和宽等大，U型压条2的口部和底部与覆铜板1四个角配合部位有定位孔 4，两个覆铜板1相对放置并将U型压条2夹住，形成液晶注射腔3，液晶充满液晶注射腔3， 一个覆铜板1上的引线6接直流电源的正极，另一个覆铜板1上的引线6接直流电源的负极。所述金属片5是渔网结构。所述覆铜板1是聚四氟乙烯纤维板。所述U型压条2的厚度是0.30 0.60mm。所述液晶为向列型液晶，其双折射率为Δ η = 0. 15 0. 18。所述金属片阵列中的渔网尺寸W = 6. 00 10. 00mm, L = 10. 00 14. 00mm, Px=13. OO 16. 00mm, Py = 8· 00 12. 00mm。本实用新型的有益效果是由于在覆铜板与U型压条形成的液晶注射腔位于金属片阵列的中间使液晶成为负折射率器件的基板，从而最大程度改善负折射率器件的工作频率；一个覆铜板上的引线接直流电源的正极，另一个覆铜板上的引线接直流电源的负极，利用液晶介电性能易受电场调控的特性，通过施加电场改变液晶的等效介电常数，实现负折射率器件工作频率的动态可调，最大调节幅度可达1. 02GHz，调幅可达10. 4% .
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作详细说明。
图1是本实用新型基于液晶的电场可调负折射率器件立体示意图。图2是图1中覆铜板上有金属片一面的示意图。图3是图1中U型压条示意图。图4是图2中渔网结构金属片阵列局部放大示意图。图5是实施例1所制作的基于液晶的宽频电场可调负折射率器件的微波透射谱随电场变化的图谱。图6是实施例1所制作的基于液晶的宽频电场可调负折射率器件的折射率随电场变化图谱。图7是实施例2所制作的基于液晶的宽频电场可调折射率器件的微波透射谱随电场变化图谱。图8是实施例2所制作的基于液晶的宽频电场可调折射率器件的折射率随电场变化图谱。图9是背景技术基于液晶的可调渔网结构负折射率材料示意图。图中，1-覆铜板；2-U型压条；3-液晶注射腔；4-定位孔；5-金属片；6_引线； 91-金薄膜，92-氧化锌(ZnO) ；93-网孔；
具体实施方式
本实用新型基于液晶的电场可调负折射率器件包括覆铜板1、U型压条2，覆铜板1 是长方形单面，有两个，每个覆铜板1四个角有定位孔4，每个覆铜板1 一面刻蚀有金属片阵列，金属片阵列由长方形金属片5，或者圆形金属片5多个、多排排列而成，金属片阵列中同排相邻金属片5以金属细线连接，多排金属片阵列的金属细线并连后与电极6相连；U型压条2外径与长方形的长和宽等大，U型压条2的口部和底部与覆铜板1四个角配合部位有定位孔4，两个覆铜板1相对放置，将U型压条2夹住，形成液晶注射腔3，液晶充满液晶注射腔3，一个覆铜板1上的引出电极6接直流电源的正极，另一个覆铜板1上的引出电极 6接直流电源的负极。覆铜板1是聚四氟乙烯纤维板。基于液晶的宽频电场可调负折射率器件包括覆铜板1、U型压条2，覆铜板1是长方形单面，有两个，每个覆铜板1四个角有定位孔4，每个覆铜板1 一面刻蚀有金属片阵列， 金属片阵列由渔网结构金属片5多个、多排排列而成，金属片阵列与引线6相连；U型压条 2外径与覆铜板1的长和宽等大，U型压条2的口部和底部与覆铜板1四个角配合部位有定位孔4，两个覆铜板1相对放置，将U型压条2夹住，形成液晶注射腔3，液晶充满液晶注射腔3，一个覆铜板1上引线6接直流电源的正极，另一个覆铜板1上的引线6接直流电源的负极。覆铜板1是聚四氟乙烯纤维板。本实用新型基于液晶的宽频电场可调负折射率器件制作过程如下，首先利用印刷电路板技术在覆铜板1的一面上制备出金属片5阵列和引线6，且在覆铜板1四个角机加工直径为1. Omm的定位孔4。然后在覆铜板1有金属片5阵列的一面旋转涂覆沿面排列的聚酰亚胺液晶定向剂，采用阶梯升温法热固化形成薄膜，S卩1小时由60°C加热到120°C，恒温 1小时，1小时由120°C升温至180°C，恒温1小时，半小时由180°C加热至200°C并保持恒温 0. 5小时，使用无尘布在聚酰亚胺薄膜上沿电极方向定向摩擦，得到可使液晶分子沿面排列的聚酰亚胺液晶定向层。选用尺寸与覆铜板1相同厚度为0. 30 0. 60mm的环氧玻璃板， 机加工边宽为5. Omm的U型压条2且在四个角加工直径为1. Omm的定位孔4。将制备的两块覆铜板1以含金属片5的一面相对的方式平行放置，将U型压条2置于两块覆铜板1中间，利用定位孔4将两块覆铜板1与U型压条2的位置对正并进行粘接，从而形成亚毫米厚度的液晶注射腔3。利用注射针管将向列型液晶注入液晶注射腔3内，得到含液晶的负折射率器件；一个覆铜板1上的引线6接直流电源的正极，另一个覆铜板1上的引线6接直流电源的负极，通过调节直流电源输出电压改变液晶的介电常数，从而实现负折射率器件工作频率的电场可调。宽频电场可调负折射率器件工作机理如下设计由覆铜板1和U型压条2组成的亚毫米尺度液晶注射腔3填充液晶，从而使液晶成为负折射率器件的基板，利用液晶介电常数随外加电场变化的特点，实现负折射率器件工作频率的大幅调谐。渔网结构的金属片5是位于中间部位的短金属片和两侧长金属片的复合体。在入射波电磁场分量的激励下，短金属片发生磁谐振产生负的磁导率而长金属片提供负的介电常数，二者共同的作用结果使得渔网结构的金属片表现出负的折射率。渔网结构的金属片的谐振频率可由等效电感电容电路分析
权利要求1.一种基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，包括覆铜板(1)，其特征在于还包括U型压条(2)，所述覆铜板(1)是长方形、单面，有两个，每个覆铜板(1)四个角有定位孔 (4)，每个覆铜板⑴一面刻蚀有金属片阵列，金属片阵列由多个、多排金属片(5)排列而成，金属片阵列与引线(6)相连；所述U型压条(2)外径与长方形的长和宽等大，U型压条 (2)的口部和底部与覆铜板⑴四个角配合部位有定位孔(4)，两个覆铜板⑴相对放置， 将U型压条⑵夹住，形成液晶注射腔(3)，液晶充满液晶注射腔(3)，一个覆铜板⑴上的引线(6)接直流电源的正极，另一个覆铜板(1)上的引线(6)接直流电源的负极。
2.根据权利要求1所述的基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，其特征在于所述金属片(5)是渔网结构。
3.根据权利要求1所述的基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，其特征在于所述覆铜板(1)是聚四氟乙烯纤维板。
4.根据权利要求1所述的基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，其特征在于所述U 型压条(2)的厚度是0. 30 0. 60mm。
5.根据权利要求1所述的基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，其特征在于所述液晶为向列型液晶，其双折射率为Δη = 0. 15 0. 18。
专利摘要本实用新型公开了一种基于液晶的宽频电场可调负折射率器件，用于解决现有的负折射率材料工作频段窄的技术问题。技术方案是由覆铜板(1)和U型压条(2)构成，所述覆铜板(1)是长方形、单面，有两个，每个覆铜板(1)一面刻蚀有由多个、多排金属片(5)排列的金属片阵列，金属片阵列与引线(6)相连；所述U型压条(2)的口部和底部与覆铜板(1)四个角配合部位有定位孔(4)，覆铜板(1)相对放置，将U型压条(2)夹住，形成液晶注射腔(3)，两个覆铜板(1)上的引线(6)分别接直流电源的正、负极。利用覆铜板与U型压条形成的液晶注射腔使液晶成为负折射率器件的基板，从而最大限度调节负折射率器件的工作频率。
文档编号G02F1/13GK202075527SQ20102066047
公开日2011年12月14日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者张卫红, 张富利, 王旭辰 申请人:西北工业大学