一种基于3D打印光子晶体的制备方法、光子晶体技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印光子晶体及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，所述浆料分为浆料A和浆料B，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数；S2、采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；S3、将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体。本发明专利技术的制备方法，工艺简单，制备所得的光子晶体精度高，可实现不同频段太赫兹波的隐身，应用的波段可在10GHz～10THz范围。10THz范围。10THz范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印光子晶体的制备方法、光子晶体


[0001]本专利技术涉及光子晶体
，尤其涉及一种基于3D打印光子晶体的制备方法、光子晶体。

技术介绍

[0002]太赫兹(THz)波是指频率为：0.1THz～10THz，波长范围为：30μm～3mm的电磁波，太赫兹波具有兼有微波和光波的“双重特性”，即类似微波的穿透能力和类似光波的方向性，相对于其他波段的电磁波具有非常强的互补特征。与微波、毫米波相比，THz探测技术可以获得更高的分辨率，具有突出的抗干扰能力和独特的反隐身能力；与激光相比，THz技术具有视场范围宽、搜索能力好、适用于恶劣气象条件等优点。
[0003]光子晶体是一种光子带隙的周期性介质超材料结构，光子晶体的光子带隙特性可以方便的操控电磁波的传播。为了实现对THz波段的调控，光子晶体的尺寸要与THz波相当，实现该尺度光子晶体的尺寸的制备，传统加工的方式难以满足。
[0004]中国专利CN201110406205.6公开的一种多介质耦合三维光子晶体的制备方法，该方法采用凝胶注模法制备多介质的耦合光子晶体，在每相邻的长柱体分别注入两种不同的介质材料，上层对应的长柱体和下层对应的长柱体相互连通。该方法要先形成木堆结构的长柱体壳体，然后在注入不同的介质材料，工艺复杂，所制得的光子晶体精度低；此外，该方法所形成的长柱体宽度难以达到微米级，对应注入的介质材料在成型后形成的介质棒的宽度也难以达到微米级，因此该方法制得的光子晶体应用的波段只能在1GHz以下。
[0005]无模直写技术适用于各种陶瓷、金属、高分子以及生物材料的直写打印。在这些材料的打印过程中，首先需要将这些材料配置成具有一定粘度的浆料(Ink)，这些浆料被装在直写打印机的料筒中(墨盒中)，通过一定的外加压力，将浆料从料筒底部的针头处挤出，根据三维移动平台运动，逐渐堆积成一定形状结构的三维物体。
[0006]如何保证这些具有一定粘度的浆料在直写打印的过程中在压力的调节作用下可以从针头流动挤出，又可以在挤出之后，能够保持浆料的静止状态而不流动坍塌，是无模直写3D打印技术的研究重点。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于3D打印光子晶体的制备方法，工艺简单，制备所得的光子晶体精度高，可实现不同频段太赫兹波的隐身和调制，应用的波段可在10GHz～10THz范围。
[0008]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种基于3D打印光子晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，所述浆料分为浆料A和浆料B，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数；
[0010]S2、采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；
[0011]S3、将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体。
[0012]作为上述方案的改进，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根第二介质棒组成，所述第一介质棒的直径为100～500μm，相邻第一介质棒的间距为300～700μm，所述第二介质棒的直径为100～500μm，相邻第二介质棒的间距为300～700μm。
[0013]作为上述方案的改进，步骤S2中，将浆料装入无膜直写3D打印设备的料筒中，将无膜直写3D打印设备的工作输入气压设为480～580Kpa，工作气体输出设为10～100psi。
[0014]作为上述方案的改进，所述无膜直写3D打印设备的工作输入气压为500～560Kpa，工作气体输出设为30～80psi。
[0015]作为上述方案的改进，所述陶瓷材料为钛酸钡和/或氧化锆；
[0016]若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同，则浆料A中陶瓷材料的含量大于或小于浆料B中陶瓷材料的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B；或者，
[0017]若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类不相同，则浆料A中陶瓷材料的含量等于浆料B中陶瓷材料的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B。
[0018]作为上述方案的改进，浆料A中的陶瓷材料和浆料B中的陶瓷材料均为钛酸钡，其中，浆料A中钛酸钡的含量大于或小于浆料B中钛酸钡的含量，以获得介电常数不同的浆料A和浆料B。
[0019]作为上述方案的改进，浆料A中钛酸钡的质量分数为20％～50％，浆料B中钛酸钡的质量分数为30％～60％。
[0020]作为上述方案的改进，所述钛酸钡的平均粒径＜100nm，密度为6.08g/cm3。
[0021]作为上述方案的改进，所述第一晶体层和第二晶体层的总层数为4～12层，其中，第一晶体层和第二晶体层的堆叠方式为ABAB或AABB。
[0022]相应地，本专利技术还提供了一种光子晶体，包括第一晶体层和第二晶体层，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构；其中，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根的第二介质棒组成，所述第一介质棒由浆料A制成，所述第二介质层由浆料B制成，所述浆料A和浆料B的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料A和浆料B均由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数。
[0023]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0024]本专利技术弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性的浆料才可以采用无模直写3D打印技术直写成型，且挤出之后保持细丝状不变，同时固化之后三维结构具有良好的柔性和延展性。
[0025]专利技术采用无模直写成型技术来制备光子晶体，不仅可以制备高精度的光子晶体，而且还能使组成光子晶体的介质棒达到微米级，这样可以提高光子晶体的应用波段范围。
[0026]本专利技术的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，以实现对特定频段太赫波的隐身和调制；此外，本专利技术的光子晶体采用不同介电常数的浆料来制备，可以实现特定频段太赫波的散射，以实现对不同频段太赫波的隐身和调制。
附图说明
[0027]图1是本专利技术基于3D打印光子晶体的制备流程图；
[0028]图2是本专利技术基于3D打印光子晶体的立体图；
[0029]图3是本专利技术第一晶体层和第二晶体层的第一种堆叠方法；
[0030]图4是本专利技术第一晶体层和第二晶体层的第二种堆叠方法。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。仅此声明，本专利技术在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本专利技术的附图为基准，其并不是对本专利技术的具体限定。
[0032]参见图1，本专利技术提供的一种基于3D打印光子晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0033]S1、制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印光子晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备浆料，所述浆料的弹性模量大于粘性模量，且具有粘弹逆变性，所述浆料由聚二甲基硅氧烷和陶瓷材料制成，其中，所述浆料分为浆料A和浆料B，浆料A的介电常数不等于浆料B的介电常数；S2、采用无膜直写3D打印设备将浆料A形成第一晶体层，将浆料B形成第二晶体层，其中，所述第一晶体层和第二晶体层堆叠形成木堆结构，得到光子晶体半成品；S3、将光子晶体半成品进行固化，得到光子晶体。2.如权利要求1所述的基于3D打印光子晶体的制备方法，其特征在于，所述第一晶体层由多根第一介质棒组成，所述第二晶体层由多根第二介质棒组成，所述第一介质棒的直径为100～500μm，相邻第一介质棒的间距为300～700μm，所述第二介质棒的直径为100～500μm，相邻第二介质棒的间距为300～700μm。3.如权利要求1所述的基于3D打印光子晶体的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将浆料装入无膜直写3D打印设备的料筒中，将无膜直写3D打印设备的工作输入气压设为480～580Kpa，工作气体输出设为10～100psi。4.如权利要求2所述的基于3D打印光子晶体的制备方法，其特征在于，所述无膜直写3D打印设备的工作输入气压为500～560Kpa，工作气体输出设为30～80psi。5.如权利要求1所述的基于3D打印光子晶体的制备方法，其特征在于，所述陶瓷材料为钛酸钡和/或氧化锆；若浆料A中陶瓷材料的种类与浆料B中陶瓷材料的种类相同，则浆料A中陶瓷材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱朋飞，李勃，张伟喆，秦政，陈劲，
申请(专利权)人：佛山华南新材料研究院，
类型：发明
国别省市：