基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器与制备方法技术

一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器与制备方法，属于光电材料与器件技术领域。所述基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器包括玻璃衬底，生长于玻璃衬底之上的ITO薄膜，位于ITO薄膜之上的介质超表面结构层；其中，介质超表面结构层由钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS复合得到，钛酸锶微粒均匀分散于掺有金纳米颗粒的PDMS中，金纳米颗粒、钛酸锶微粒和PDMS的质量比为0.01：132：46。本发明专利技术采用钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS的复合材料印刷得到介质超表面结构层，可通过控制钛酸锶微粒的体积比来调控复合材料的介电参数，得到的钛酸锶复合材料的介电常数实部和硅相当。钛酸锶复合材料的介电常数实部和硅相当。钛酸锶复合材料的介电常数实部和硅相当。

【技术实现步骤摘要】
基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器与制备方法


[0001]本专利技术属于光电材料与器件
，具体涉及一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器与制备方法。

技术介绍

[0002]太赫兹(Terahertz，THz，1THz＝10
12
Hz)波段介于微波辐射与红外光之间，广义定义为0.1～30THz。如今，在光子学和微纳米技术方面的创新为太赫兹的研究应用打开了大门。具有低光子能量、超大带宽和强穿透能力的太赫兹波正在越来越广泛的应用中找到用途：信息与通信技术、生物医学成像、食品与农产品质量控制、全球环境监测以及国土安全等。尽管如此，常规的自然界材料在太赫兹波下的响应十分微弱，直接导致了太赫兹源、探测器和功能器件的匮乏，进而极大地限制了太赫兹领域研究的发展。太赫兹波段已被证明是最难捉摸的电磁光谱区域之一。
[0003]从历史发展上看，太赫兹波的研究一直是在借鉴微波和光学领域中成熟的技术。在光学应用中，亚波长结构构成的超材料由于其表现出独特的性质一直受到广泛的关注。正是因为超材料的出现打破了常规自然界材料的限制——负折射率材料、平面透镜和完美吸收体等，超材料的突破又将太赫兹研究推向了聚光灯下。传统地，金属结构被认为是制备超材料的基石，然而它们存在的一些缺陷限制了其应用。特别是当金属与电磁波相互作用时会产生不可避免的欧姆损耗，显著降低了金属超材料的应用效率。解决这一问题的一种很有潜质的方法是利用高介电常数介质来代替金属，特别是关于太赫兹频段内全介质超表面的研究显示了丰富的新特性。近年来，拥有较高折射率的硅被广泛应用于太赫兹全介质超表面的设计。可是在通常情况下，一旦硅基超表面的几何结构确定，其电磁响应一般是固定的。因此，对于主动可调制的全介质超表面的需求变得非常迫切。
[0004]钛酸锶作为一种具有高介电常数、低介电损耗以及可调谐等性质的铁电材料，其在太赫兹全介质超表面领域的研究受到越来越多的重视。为制备钛酸锶超表面结构，目前普遍有两种方法：激光刻蚀法和等离子体刻蚀法。尽管这两种方法都能保证较高精度的图案，但存在共同的缺点——制备成本昂贵。在精度和成本之间取得良好的平衡无疑是一个巨大的挑战。
[0005]专利CN202010654965.8在2020年公开了一种可调谐太赫兹吸波器，所述太赫兹吸波器由金属层、掺杂硅层、钛酸锶层、石墨烯层组成，通过改变温度来调制钛酸锶的介电常数，实现了最高0.43％、59.6％的幅度调制深度以及0.11THz的频移。所述吸波器采用微细加工工艺制备的成本较高，并且直接采用温度调制方式，其响应速度较慢，设备安装也较为繁琐。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
存在的问题，提出了一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器与制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，包括：
[0009]玻璃衬底1；
[0010]ITO薄膜2，所述ITO薄膜生长于玻璃衬底1之上；
[0011]介质超表面结构层3，所述介质超表面结构层位于ITO薄膜之上；
[0012]其中，所述介质超表面结构层由钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS复合得到，其中钛酸锶微粒均匀分散于掺有金纳米颗粒的PDMS中，金纳米颗粒、钛酸锶微粒和PDMS的质量比为0.01：132：46；
[0013]所述介质超表面结构层采用周期性排列的圆柱阵列结构，圆柱的半径为25～75μm，高度为50～100μm，相邻圆柱中心间距为200～300μm。
[0014]优选地，所述介质超表面结构层中，圆柱的半径为55μm，高度为50μm，相邻圆柱中心间距为200μm。
[0015]进一步的，所述玻璃衬底为钙钠玻璃、石英玻璃或硼硅酸玻璃，优选为钙钠玻璃，厚度为1000～2000μm。
[0016]进一步的，所述ITO薄膜的厚度为0.36～0.4μm。
[0017]一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器的制备方法，包括以下步骤：
[0018]步骤1、钛酸锶复合油墨的制备：
[0019]1.1按照10:3的质量比混合PDMS基质与交联剂，搅拌3～5min，得到PDMS预聚物；
[0020]1.2在步骤1.1得到的PDMS预聚物中加入浓度为0.008～0.012mol/L的四氯金酸盐溶液，其中PDMS预聚物与四氯金酸盐溶液的质量比为9：1，搅拌混合10～15min后，采用真空泵抽除内部气泡，得到掺有金纳米颗粒的PDMS胶质；
[0021]1.3在步骤1.2得到的掺有金纳米颗粒的PDMS胶质中加入钛酸锶微粒，搅拌混合均匀，得到钛酸锶复合油墨；其中，钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS胶质的体积比为4：6；
[0022]步骤2、模版印刷超表面结构：
[0023]2.1将全氟癸基三乙氧基硅烷溶解于无水乙醇中，配制得到体积浓度为1％的氟硅烷溶液；
[0024]2.2将带介质超表面结构层图案的不锈钢模具浸泡于步骤2.1得到的氟硅烷溶液中，再烘干固化；
[0025]2.3将步骤2.2烘干固化后的不锈钢模具固定于带ITO薄膜的玻璃衬底上，倒入步骤1得到的钛酸锶复合油墨印刷后进行热烘固化，得到图形化的钛酸锶复合材料；
[0026]2.4取下模具，即可得到所述基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器。
[0027]进一步的，步骤1.3中加入的钛酸锶微粒的粒径为1～5μm。
[0028]进一步的，步骤2.2中，浸泡时间为1～2h，烘干固化的温度为120℃，烘干固化的时间为2h。
[0029]进一步的，步骤2.3中，热烘固化的温度为65℃，时间不低于2h。
[0030]本专利技术提供的一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，可采用通过改变温度控制钛酸锶的介电常数进而对太赫兹波进行调制，或者通过改变激光的功率大小控制介质超表面结构层的介电参数进而对入射的太赫兹波进行调制的调制方式。
[0031]本专利技术提供的一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，通过控制钛酸锶的体积
比可实现介电常数实部在3～12的范围内变化。对于体积比为40％的钛酸锶复合材料，当激光功率为0～2.5W时，在0.2～1.2THz范围内钛酸锶复合材料的介电常数实部可调制范围约为1.5，吸波器的共振吸收频率从0.7341THz蓝移至0.8048THz，峰值处的吸收率都能保持在99.99％以上。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0033]1、本专利技术提供的一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，采用钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS的复合材料印刷得到介质超表面结构层，可通过控制钛酸锶微粒的体积比来调控复合材料的介电参数，得到的钛酸锶复合材料的介电常数实部和硅相当。
[0034]2、本专利技术提供的一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，采用钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS的复合材料印刷得到介质超表面结构层，可采用通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，其特征在于，包括：玻璃衬底(1)；ITO薄膜(2)，所述ITO薄膜生长于玻璃衬底(1)之上；介质超表面结构层(3)，所述介质超表面结构层位于ITO薄膜之上；其中，所述介质超表面结构层由钛酸锶微粒和掺有金纳米颗粒的PDMS复合得到，其中钛酸锶微粒均匀分散于掺有金纳米颗粒的PDMS中，金纳米颗粒、钛酸锶微粒和PDMS的质量比为0.01：132：46；所述介质超表面结构层采用周期性排列的圆柱阵列结构，圆柱的半径为25～75μm，高度为50～100μm，相邻圆柱中心间距为200～300μm。2.根据权利要求1所述的基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，其特征在于，所述玻璃衬底为钙钠玻璃、石英玻璃或硼硅酸玻璃，厚度为1000～2000μm。3.根据权利要求1所述的基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器，其特征在于，所述ITO薄膜的厚度为0.36～0.4μm。4.一种基于钛酸锶复合材料的太赫兹吸波器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、钛酸锶复合油墨的制备：1.1按照10:3的质量比混合PDMS基质与交联剂，搅拌，得到PDMS预聚物；1.2在步骤1.1得到的PDMS预聚物中加入浓度为0.008～0.012mol/L的四氯金酸盐溶液，其中PDMS预聚物与四氯金酸盐溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：文天龙，刘俊霄，文岐业，张岱南，钟智勇，张怀武，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：