專利名稱：：三維光子晶體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種三維光子晶體的制造方法。
背景技術(shù)：
：三維光子晶體是一種人造的空間周期性點陣結(jié)構(gòu)，具有禁止一定頻段范圍內(nèi)的電磁波傳播的特性，在通訊、軍事、科學研究等領(lǐng)域均有可觀的發(fā)展前景。目前國內(nèi)外常用的光子晶體制造技術(shù)主要有精密加工技術(shù)、半導體制造技術(shù)、膠體自組織法、模板法以及激光制造技術(shù)等。這些制造技術(shù)的應(yīng)用原理不同，但都存在加工精度低、結(jié)構(gòu)可控性差、制備周期長等問題。以精密加工技術(shù)為例，該技術(shù)在制造三維光子晶體的過程中，只能采用傳統(tǒng)的機械加工。雖然加工精度高，但是對于任意復雜結(jié)構(gòu)三維光子晶體的加工，仍然存在加工效率低、周期長，甚至無法加工制造的缺點。三維光子晶體制造技術(shù)的應(yīng)用缺陷將會阻礙光子晶體結(jié)構(gòu)新特性的探索，并成為新型零器件應(yīng)用裝備的技術(shù)瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種精確設(shè)計和制造復雜結(jié)構(gòu)三維光子晶體的制造方法，該方法同時解決現(xiàn)有技術(shù)制造周期長、制造效率低的問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的三維光子晶體的制造方法，包括以下步驟1)在計算機中設(shè)計用于成型三維光子晶體的澆注系統(tǒng)模型；2)將澆注系統(tǒng)模型導入光固化快速成型機中，制造出樹脂澆注系統(tǒng)；3)預(yù)混合液配置按質(zhì)量百分比，取80%-90%的去離子水，在其中加入10%-20%的丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺，丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為18-30:1;4)漿料配置向上述預(yù)混合液中加入與該預(yù)混合液難溶的金屬化合物固體粉末，混合均勻制得漿料，所得漿料中固體的體積百分比為5%-65%;在漿料中加入過硫酸銨溶液作引發(fā)劑，以促進漿料固化，過硫酸銨的含量為預(yù)混合液質(zhì)量的0.1%-0.4%;5)將步驟4)的漿料注入到步驟2)的樹脂澆注系統(tǒng)內(nèi)，使?jié){料充分填充、固化；6)待步驟5)的模型固化后，將素坯進行干燥，制得三維光子晶體。步驟4)中所述與該預(yù)混合液難溶的金屬化合物固體粉末是指在預(yù)混合液中溶解度小于0.01克的金屬化合物固體粉末，所述溶解度是指100克2(TC預(yù)混合液溶解物質(zhì)的質(zhì)步驟4)中所述的金屬化合物固體粉末可以選擇三氧化二鋁、二氧化鈦、摻釩鈮酸鉍中的一種或幾種混合物。為提高漿料的穩(wěn)定性，在上述步驟3)的預(yù)混合液中加入占固體粉末質(zhì)量0.02%-0.16%的聚丙烯酸鈉。為縮短固化時間，提高固化效果，在上述步驟4)的漿料中加入占預(yù)混合液質(zhì)量0.02%-0.08%的四甲基乙二胺。為保持漿料穩(wěn)定性，提高固化效果，在上述步驟4)的漿料中加入氨水調(diào)節(jié)漿料ra值為9-10。為了提高光子晶體的介電性能，將步驟6)干燥后的素坯置于燒結(jié)爐中加熱至坯體燒結(jié)溫度，使得樹脂完全燒蝕以及素坯完全燒結(jié)。本發(fā)明提供的三維光子晶體制造成型工藝的有益效果1.采用光固化快速成型技術(shù)制造光子晶體澆注系統(tǒng)以及凝膠注模工藝成型模型，克服了目前三維光子晶體制造加工難度大的問題；2.光固化快速成型技術(shù)直接讀取光子晶體計算機模型數(shù)據(jù)，更加便于模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計和修改，簡化光子晶體制造過程，實現(xiàn)模型設(shè)計、性能仿真和系統(tǒng)制造一體化，縮短從理論到實驗，從實驗到應(yīng)用的開發(fā)周期；3.采用凝膠注模工藝能夠大幅度縮短光子晶體制造周期，降低制造成本；4.運用光固化成型和凝膠注模相結(jié)合的工藝制造三維光子晶體，較傳統(tǒng)機械加工、化學法以及半導體法等主流制造方法更加簡單，且制造精度更高，對于三維光子晶體復雜結(jié)構(gòu)的可控性也更好。圖1是本發(fā)明的三維光子晶體制造工藝流程圖。具體實施例方式以下結(jié)合附圖給出實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明提出采用光固化快速成型技術(shù)與凝膠注模工藝相結(jié)合的方法制造三維光子晶體，利用光固化成型制造樹脂澆注系統(tǒng)，并按凝膠注模工藝配置漿料注入樹脂澆注系統(tǒng)，經(jīng)過干燥和焙燒后制得。實施例1本發(fā)明的工藝步驟如下1、在計算機中設(shè)計具有微波特性的三維光子晶體模型；構(gòu)建此模型的負型，并依據(jù)此光子晶體模型設(shè)計澆注系統(tǒng)，導出澆注系統(tǒng)模型為STL格式；2、將STL格式模型導入光固化快速成型機中，制造樹脂澆注系統(tǒng)；3、配置預(yù)混液取240.51ml去離子水，在其中加入丙烯酰胺56.96g和亞甲基雙丙烯酰胺3.16g;4、配置質(zhì)量百分比濃度為18%的聚丙烯酸鈉溶液，向預(yù)混液中加入0.05g該溶液；5、配置漿料在上述預(yù)混液中加入三氧化二鋁粉末549.OOg(密度為3.95g/cm3)，混合均勻制得漿料，該漿料中三氧化二鋁的體積百分比為5%;向漿料中加入0.24g濃度為25X的四甲基乙二胺溶液，然后加入氨水調(diào)節(jié)漿料ra值至910;6、將上述配置好的漿料放入球磨機，同時加入占漿料體積1/3的剛玉球；設(shè)置球磨頻率30Hz，時間為3.5小時；47、待漿料充分球磨后取出；配置濃度為30%的過硫酸銨溶液，取該溶液質(zhì)量0.99g加入槳料中；8、將上述漿料注入樹脂澆注系統(tǒng)，通過振蕩或真空抽取等手段使得漿料在系統(tǒng)內(nèi)得到充分填充，然后進行固化；9、待模型固化后，將素坯在常溫常壓下干燥48小時后，置于4(TC常壓環(huán)境下繼續(xù)干燥72小時；10、將干燥后的素坯置于燒結(jié)爐中加熱至155(TC，使得樹脂完全燒蝕以及素坯完全燒結(jié)，升溫過程如下表升溫區(qū)間升溫時間保溫時間0°C72°C2hlh72°C200°C16h0.5h200°C320°C10hlh320°C520°C2h520°C720°C4h720°C155CTC2.5hlh實施例2本發(fā)明的工藝步驟如下1、在計算機中設(shè)計具有微波特性的三維光子晶體模型；構(gòu)建此模型的負型，并依據(jù)此光子晶體模型設(shè)計澆注系統(tǒng)，導出澆注系統(tǒng)模型為STL格式；2、將STL格式模型導入光固化快速成型機中，制造樹脂澆注系統(tǒng)；3、配置預(yù)混液取107.70ml去離子水，在其中加入丙烯酰胺11.58g和亞甲基雙丙烯酰胺0.39g;4、配置質(zhì)量百分比濃度為18%的聚丙烯酸鈉溶液，向預(yù)混液中加入6.24g該溶液；5、配置漿料在上述預(yù)混液中加入二氧化鈦粉末780g(密度為3.9g/cm3)，混合均勻制得漿料，該漿料中二氧化鈦的體積百分比為65%;向漿料中加入0.38g濃度為25%的四甲基乙二胺溶液，加入氨水調(diào)節(jié)ra至910;6、漿料配置完畢后，放入球磨機中，同時加入占漿料體積1/3的剛玉球；設(shè)置球磨頻率30Hz，時間3.5小時；7、漿料充分球磨后取出；配置濃度為30%的過硫酸銨溶液，取該溶液質(zhì)量1.58g加入槳料中；8、將上述漿料注入樹脂澆注系統(tǒng)，通過振蕩或真空抽取等手段使得漿料在系統(tǒng)內(nèi)得到充分填充，然后進行固化；59、待模型固化后，將素坯在常溫常壓下干燥48小時后，置于4(TC常壓環(huán)境下繼續(xù)干燥72小時；10、將干燥后的素坯置于燒結(jié)爐中加熱至120(TC，使得樹脂完全燒蝕以及素坯完全燒結(jié)，升溫過程如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例3本發(fā)明的工藝步驟如下1、在計算機中設(shè)計具有微波特性的三維光子晶體模型；構(gòu)建此模型的負型，并依據(jù)此光子晶體模型設(shè)計澆注系統(tǒng)，導出澆注系統(tǒng)模型為STL格式；2、將STL格式模型導入光固化快速成型機中，制造樹脂澆注系統(tǒng)；3、配置預(yù)混液取54.46ml去離子水，在其中加入丙烯酰胺9.23g和亞甲基雙丙烯酰胺0.38g;4、配置質(zhì)量百分比濃度為18%的聚丙烯酸鈉溶液，向預(yù)混液中加入1.20g該溶液；5、配置漿料在上述預(yù)混液中加入摻釩鈮酸鉍粉末(Bi(Nb。.，V。.。。8)0》400g(密度為7.345g/cm3)，混合均勻制得漿料，該漿料中摻釩鈮酸鉍的體積百分比為50%;向漿料中加入O.16g濃度為25X的四甲基乙二胺溶液，加入氨水調(diào)節(jié)ra至910;6、漿料配置完畢后，放入球磨機中，同時加入占漿料體積1/3的剛玉球；設(shè)置球磨頻率30Hz，時間3.5小時；7、漿料充分球磨后取出；配置濃度為30%的過硫酸銨溶液，取該溶液質(zhì)量0.51g加入槳料中；8、將上述漿料注入樹脂澆注系統(tǒng)，通過振蕩或真空抽取等手段使得漿料在系統(tǒng)內(nèi)得到充分填充，然后進行固化；9、待模型固化后，將素坯在常溫常壓下干燥48小時后，置于4(TC常壓環(huán)境下繼續(xù)干燥72小時；10、將干燥后的素坯置于燒結(jié)爐中加熱至92(TC，使得樹脂完全燒蝕以及素坯完全燒結(jié)，升溫過程如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求三維光子晶體的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)在計算機中設(shè)計用于成型三維光子晶體的澆注系統(tǒng)模型；2)將澆注系統(tǒng)模型導入光固化快速成型機中，制造出樹脂澆注系統(tǒng)；3)預(yù)混合液配置按質(zhì)量百分比，取80％-90％的去離子水，在其中加入10％-20％的丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺，丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為18-30∶1；4)漿料配置向上述預(yù)混合液中加入與該預(yù)混合液難溶的金屬化合物固體粉末，混合均勻后制得漿料，所得漿料中固體的體積百分比為5％-65％；在漿料中加入過硫酸銨溶液作引發(fā)劑，以促進漿料固化，過硫酸銨的含量為預(yù)混合液質(zhì)量的0.1％-0.4％；5)將步驟4)的漿料注入到步驟2)的樹脂澆注系統(tǒng)中，使?jié){料在系統(tǒng)內(nèi)充分填充、固化；6)待步驟5)的模型固化后，將素坯進行干燥，制得三維光子晶體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光子晶體的制造方法，其特征在于，步驟3)的預(yù)混合液中加入占固體粉末質(zhì)量O.02%-0.16%的聚丙烯酸鈉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光子晶體的制造方法，其特征在于，在步驟4)的漿料中加入占預(yù)混合液質(zhì)量0.02%-0.08%的四甲基乙二胺。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光子晶體的制造方法，其特征在于，在步驟4)的漿料中加入氨水調(diào)節(jié)漿料ra值為9-10。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光子晶體的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述與該預(yù)混合液難溶的金屬化合物固體粉末是指在預(yù)混合液中溶解度小于0.01克的金屬化合物固體粉末，所述溶解度是指100克2(TC預(yù)混合液溶解物質(zhì)的質(zhì)量。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光子晶體的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述的金屬化合物固體粉末可以選擇三氧化二鋁、二氧化鈦、摻釩鈮酸鉍中的一種或幾種混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維光子晶體的制造方法，其特征在于，將步驟6)干燥后的素坯置于燒結(jié)爐中加熱至坯體燒結(jié)溫度，使得樹脂完全燒蝕以及素坯完全燒結(jié)。全文摘要本發(fā)明公開一種三維光子晶體制造的新工藝方法，在計算機中設(shè)計具有微波特性的三維光子晶體模型；構(gòu)建此模型的負型，并依據(jù)此光子晶體模型設(shè)計澆注系統(tǒng)，導出澆注系統(tǒng)模型為STL格式，利用光固化成型技術(shù)快速制備樹脂模具，采用凝膠注模工藝成型結(jié)構(gòu)，最后燒蝕樹脂以制造三維光子晶體，具有制造周期短、成本低、可控性好等優(yōu)點，適用于各種復雜結(jié)構(gòu)三維光子晶體的加工制造。文檔編號C30B1/00GK101717989SQ20091021894公開日2010年6月2日申請日期2009年11月13日優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日發(fā)明者吳海華,張偉,李滌塵,王敏捷,陳世斌申請人:西安交通大學