一种基于DAST的可调节超材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于DAST的可调节超材料、制备方法及其应用，所述可调节超材料包括下层导电层，谐振器阵列层，与谐振器阵列层互补的介质层，上层导电层，所述的谐振器阵列层的材料为DAST有机单晶或DAST有机薄膜。通过改变阵列结构的尺寸，实现可见光与红外光的高反射；而且，通过电压，能够对所述超材料的反射光谱响应特性进行调节；其中，当施加电压为负值时，响应波长发生蓝移；当施加电压为正值时，响应波长发生红移。无论是施加正电压还是负电压，随着电压绝对值的增大，反射光谱的移动范围都变大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DAST的可调节超材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及超材料领域，具体地涉及一种基于DAST的可调节超材料、制备方法及其应用。
技术介绍
超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料，其通过周期性排列的人工微结构来改变空间中各点的介电常数和磁导率，从而使超材料在一定频率范围内具有普通材料所不具备的负介电常数和负磁导率。超材料能够突破常规材料的限制，形成的一系列新奇的物理特性，如负折射率、二次汇聚、逆Doppler效应等，这使得超材料在吸波器、完美透镜、隐身等方面都有巨大的应用前景(参见Zheludev,N.I.Science,2010,328(5978):582-583文献)。然而，由于基于金属谐振器的超材料具有高损耗以及谐振带来的色散，尤其在可见光波段，严重地阻碍了超材料的进一步应用。此外，基于金属谐振器的超材料的结构也较为复杂，在可见光波段响应的纳米尺寸的金属超材料的制作难度更大。另一方面，基于Mie理论，具有高折射率及低损耗的电介质材料被证明也可以支持电谐振和磁谐振。因此，介质材料也能够用来代替金属，构建基于介质谐振器的超材料，实现更优异的光学性能。由于一些高频段的滤波器、偏振器、光谱发射器等器件的特殊需求，现有的介质超材料在高频段红外甚至是可见光波段显示其优越性能。高频段的介质基超材料中使用最广的材料是硅和二氧化钛，这是由于这两种材料具有低损耗和相对较高的折射率。但是，基于硅或二氧化钛的的介质超材料都是单频点响应，无法实现超材料的可调节功能(参见Y.L.Huang,H.X.Xu,Y.X.Lu,JournalofPhysicalChemistryC,2018,122,2990文献)。由于可调节的超材料在动态显示
有重要应用，因此迫切需要寻找新的途径，实现可调节的超材料。虽然目前的大多数介质超材料采用无机材料，但是有机材料的种类更加丰富、性能更加多样。因此，研究有机超材料对推动可调节超材料的发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对无机超材料的响应难于进行动态调节的问题，本专利技术的第一个目的是提供一种基于DAST的可调节有机超材料；本专利技术的第二个目的是提供基于DAST的可调节有机超材料的制备方法；本专利技术的第三个目的是提供基于DAST的可调节有机超材料的在颜色滤波器、动态显示或柔性电子器件中的应用。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于DAST的可调节超材料，所述可调节超材料包括下层导电层、谐振器阵列层、与谐振器阵列层互补的介质层，上层导电层，所述的谐振器阵列层的材料为DAST有机单晶或DAST有机薄膜。4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(简称DAST)是一种重要的有机非线性光学材料。由于DAST在可见光与红外波段具有低损耗和大的电光系数的特点(参见M.Jazbinsek,L.Mutter,andP.Gunter,IEEEJ.Sel.Top.QuantumElectron,2008,14,1298.文献)，因此可以用来代替硅和二氧化钛等材料去实现低损耗的介质超材料。重要的是，DAST的折射率还随电压的变化而发生变化，所以可以用电压对DAST超材料的响应进行调节。本专利技术具有结构简单紧凑、反射性能好、材料新颖、调节范围宽等优点。优选地，所述上层导电层和下层导电层的材料均为都为导电薄膜，所述上层导电层和下层导电层厚度均为5-200nm。优选地，所述的导电薄膜为In2O3薄膜、SnO2薄膜、ZnO薄膜、CdO薄膜、TiN薄膜、In2O3:Sn(ITO)薄膜、ZnO:Al(AZO)薄膜、SnO2:Sb(ATO)薄膜、ZnO:In(IZO)薄膜、ZnO:Ga(GZO)薄膜、In2O3-ZnO薄膜、Cd2SnO4薄膜、CdIn2O4薄膜、Zn2SnO4薄膜以及石墨烯当中的一种或几种。优选地，所述阵列层的厚度为100～3500nm。优选地，所述谐振器阵列层的形状为圆柱型、立方体型、十字交叉型、椭圆型和球型当中的一种或几种形状混合的周期性阵列结构。本专利技术通过改变阵列结构的尺寸，能够实现对入射的可见光与红外光的高反射。而且，通过外加电压，还能够对所述超材料的反射光谱响应特性进行调节。其中，当施加的电压为负值时，响应波长发生蓝移；当施加电压为正值时，响应波长发生红移。无论是施加正电压还是负电压，随着电压绝对值的增大，反射光谱的移动范围都变大。优选地，所述介质层的材料为折射率为1～3的绝缘介质薄膜，介质层4的厚度为100～3500nm；所述的绝缘介质薄膜为二氧化硅薄膜、二氧化钛薄膜、氟化钙薄膜、氟化钡薄膜、氮化硅薄膜、氮化镓薄膜、氧化铝薄膜、氧化锌薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜和聚甲基丙烯酸甲酯薄膜当中的一种或几种。优选地，所述的可调节超材料还包括基底层1，所述基底层1的材料为石英片、普通玻璃片、表面镀有SiO2的玻璃片或者是聚对苯二甲酸乙二醇酯透明柔性板(PET)，聚碳酸酯透明柔性板(PC)，聚酰亚胺透明柔性板(PI)，聚氯乙烯透明柔性板(PVC)，聚甲基丙烯酸甲酯透明柔性板(PMMA)当中的一种或几种。一种基于DAST的可调节超材料的制备方法，包括以下步骤：a)取基底层，清洗并干燥；采用磁控溅射、真空蒸镀、溶胶-凝胶、电子束反应蒸发当中的一种制膜方法，在清洗干燥过的基底层的上表面沉积一层厚度为5～500nm的连续透明下层导电层；b)继续在下层导电层的上表面沉积一层厚度为100～3500nm的DAST有机单晶或DAST有机薄膜中，并在特定的条件下退火处理，然后使用电子束光刻、激光刻蚀或纳米压印制作出DAST阵列层；c)采用气相沉积、磁控溅射、热氧化、溶胶-凝胶当中的一种制膜方法，在下层导电层的上表面沉积一层与DAST阵列层的厚度相同的介质薄膜，然后通过刻蚀去除沉积在DAST阵列上的介质薄膜；d)采用磁控溅射、真空蒸镀、溶胶-凝胶、电子束反应蒸发当中的一种制膜方法，在阵列层上表面沉积一层厚度为5～500nm的连续上层连续透明导电层，即得到DAST的可调节超材料。配置DAST溶液：称取一定量DAST粉末与溶剂相混合，搅拌、超声溶解形成饱和均匀的DAST溶液。溶剂为甲醇、水、乙醇、丙醇、异丁醇、丁醇、戊醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈或氯代甲烷中的一种或其中几种的混合液；优选地，当所述步骤b)中DAST阵列层为DAST有机单晶时，DAST有机单晶的生长方法为斜板法、籽晶法、溶液蒸发法和挥发溶液法当中的一种，然后把所生长的DAST有机单晶转移到下层导电层的上表面；当所述步骤b)中DAST阵列层为DAST有机薄膜时，DAST有机薄膜的沉积方法为旋涂、喷涂、浸渍提拉、刷涂、电沉积、电泳或印刷移植当中的一种，所述步骤b)中退火温度为30～250℃；退火气氛为空气、氩气、氖气、氦气、氮气或真空；退火时间为1～180分钟。根据权利要求1-9任一项所述的超材料在颜色滤波器、动态显示或柔性电子器件中的应用。相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述可调节超材料包括下层导电层2，谐振器阵列层3，与谐振器阵列层3互补的介质层4，上层导电层5，所述的谐振器阵列层3的材料为DAST有机单晶或DAST有机薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述可调节超材料包括下层导电层2，谐振器阵列层3，与谐振器阵列层3互补的介质层4，上层导电层5，所述的谐振器阵列层3的材料为DAST有机单晶或DAST有机薄膜。


2.根据权利要求1所述的一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述上层导电层5和下层导电层2的材料均为连续透明导电薄膜，所述上层导电层5和下层导电层2厚度均为5～500nm。


3.根据权利要求2所述的一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述的导电薄膜为In2O3薄膜、SnO2薄膜、ZnO薄膜、CdO薄膜、TiN薄膜、In2O3:Sn薄膜、ZnO:Al薄膜、SnO2:Sb薄膜、ZnO:In薄膜、ZnO:Ga薄膜、In2O3-ZnO薄膜、Cd2SnO4薄膜、CdIn2O4薄膜、Zn2SnO4薄膜以及石墨烯当中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述阵列层的厚度为100～3500nm；所述谐振器阵列层为圆柱型、立方体型、十字交叉型、椭圆型和球型当中的一种或几种形状混合的周期性阵列结构。


5.根据权利要求1所述的一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述介质层4的材料为折射率为1～3的绝缘介质薄膜，介质层4的厚度为100～3500nm；所述的绝缘介质薄膜为二氧化硅薄膜、二氧化钛薄膜、氟化钙薄膜、氟化钡薄膜、氮化硅薄膜、氮化镓薄膜、氧化铝薄膜、氧化锌薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜和聚甲基丙烯酸甲酯薄膜当中的一种或几种。


6.根据权利要求1所述的一种基于DAST的可调节超材料，其特征在于，所述的可调节超材料还包括基底层1，所述基底层1的材料为石英片、普通玻璃片、表面镀有SiO2的玻璃片或者是聚对苯二甲酸乙二醇酯透明柔性板、聚碳酸酯透明柔性板、聚酰亚胺透明柔性板、聚氯乙烯透明柔性板...

【专利技术属性】
技术研发人员：许向东，胡露，谷雨，成晓梦，蒋亚东，张敏刚，景阳阳，温歆，冯元婷，刘晋荣，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51