【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹调制材料，具体涉及一种能够实现对太赫兹波反射、透射和吸收调制的多功能复合材料，以及该复合材料的制备方法和应用。
技术介绍
1、最近几十年，随着电子信息技术的发展以及军民应用需求的快速增长，电磁波技术正在向太赫兹波段发展，并且展现出极大的发展潜力。太赫兹波在太空星间通信以及下一代无线通信方面展现出高速、大容量等优点，因此，未来人类身处的将是多波段融合的复杂电磁环境。
2、太赫兹调制材料在太赫兹通信、太赫兹光谱成像等领域具有广泛而重要的应用。基于太赫兹调制材料的单像素成像技术与太赫兹时域光谱技术的结合，不仅能极大地缩短成像时间，还可获取成像目标的空间分辨光谱信息，用于生物医学成像过程中探测与识别不同生物分子振动特征峰。因每个特征峰都有对应的特定结构和分子相互作用振动模式，太赫兹调制材料对理解生物分子的生理功能具有重要意义。研究表明，生物分子振动特征峰广泛分布在整个太赫兹宽频带内，因此，理想的太赫兹调制材料期望拥有在更宽的频带上实现反射、透射、吸收等多功能的调制能力。
3、mxenes是一种二维金属碳化物和氮化物的大家族，其结构由两层或多层过渡金属(m)原子组成，排列成蜂窝状的二维晶格，由碳和/或氮层(x)介入，占据相邻过渡金属层之间的八面体位置。由于mxene的电导率比石墨烯、碳纳米管薄膜等纳米材料薄膜更高，近年来mxene开始被应用于制作太赫兹调制器中，与二氧化钒复合得到mxene-vo2复合材料。
4、目前，现有的mxene-vo2复合材料虽然能够实现太赫兹的调制，并利用低
5、对此，有必要设计一种在宽频带上实现反射、透射、吸收的多功能太赫兹调制复合材料。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的在于提供多功能太赫兹调制复合材料，其通过大幅降低mxene-vo2复合材料中mxene的厚度至纳米级，不仅使mxene的各层之间贴合更加紧密从而提高电子浓度，进而提高了复合材料的调制带宽，而且更薄的mxene层能够很好地吸收太赫兹波，从而实现对太赫兹波吸收的调控，进而实现了太赫兹调制复合材料对太赫兹波在0.5～4.5thz的宽频带上的反射、透射、吸收的多功能调控。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、多功能太赫兹调制复合材料，包括衬底，所述衬底上设置有二氧化钒层，所述二氧化钒层上形成有自组装的mxene层，所述mxene层的厚度为1～15nm。
4、本技术方案中，二氧化钒层和其上自组装的mxene层共同构成功能层，以用于对太赫兹波的宽带调制。其中，位于衬底上的二氧化钒层具有相变的特性，当温度低于相变温度时，例如室温下二氧化钒为绝缘体，而当温度高于相变温度时，例如75℃时，二氧化钒转变为导体。mxene层具有导电性，因此，在温度低于二氧化钒的相变温度时，该复合材料对太赫兹波的响应由具有导电性的mxene层主导，当温度升至高于二氧化钒的相变温度时，二氧化钒层变为导体，复合材料整体的电导增加，从而实现对太赫兹波的调制。
5、本技术方案中，功能层中的mxene层的厚度为15nm以下。专利技术人发现，mxene材料想要实现宽带太赫兹调制从理论上讲需要具备两个必要条件：低弛豫时间和高电子浓度。其中，低弛豫时间由mxene材料自身决定。为了提高电子浓度，本技术方案中利用mxene自组装形成mxene自组装膜，再利用马拉高尼效应将一层或多层mxene自组装膜贴附于二氧化钒层上得到厚度精准可控的mxene层。这种自组装形成的mxene层具有更高的电子浓度，通过实验发现，当mxene层的厚度不大于15nm时，复合材料对太赫兹波的调制频段范围可达到0.5～4.5thz，相对带宽能达到160％(以中心频点为参照)。不仅如此，更薄的mxene层不仅在更宽的频段上能够实现更好的反射和透射调制，还可以做到吸收调制，进而实现复合材料在宽频段上的反射、透射、吸收多功能调制，具有广阔的应用前景。
6、在一个或多个优选的实施例中，所述衬底优选采用二氧化硅。
7、进一步地，所述mxene层的厚度为1～2nm。随着mxene层厚度的增加，复合材料调制太赫兹波的频带宽度将缓慢下降，直至明显大于15nm后，调制频带宽度将显著降低。同时，考虑到复合材料对太赫兹波的吸收效果的影响，本技术方案中，优选地，所述mxene层的厚度为1～2nm，进一步优选地，mxene层的厚度为1.2～1.8nm，在此厚度范围内，复合材料在大于相变温度下，其阻抗可以达到z0/2，进而实现50％的极限吸收率。
8、进一步地，所述mxene层和二氧化钒层的厚度比为1:50～1:100。通过仿真结果发现，当mxene层的厚度较厚时，例如厚度比为1:20，复合材料对太赫兹波的吸收、反射调制深度将下降，同样地，当二氧化钒层的厚度较厚时，也会造成调制深度下降。
9、进一步地，所述mxene层与二氧化钒层的总厚度为100～150nm。mxene层与二氧化钒层的总厚度，也即功能层的厚度同样影响着复合材料的调制工作频段，优选地，功能层的厚度小于太赫兹波波长的1/250。在部分优选的实施例中，功能层的厚度为太赫兹波波长的1/605～1/5444。
10、本专利技术的另一个目的在于提供多功能太赫兹调制复合材料的制备方法，该制备方法步骤简单，能够将自组装的mxene层贴合于衬底上的二氧化钒层上，从而在二氧化钒层上形成厚度为纳米级的、高电子浓度的mxene层。
11、本专利技术通过下述技术方案实现：
12、多功能太赫兹调制复合材料的制备方法，用于制备前述任一种多功能太赫兹调制复合材料，该方法具体包括以下步骤：
13、采用射频磁控溅射法在衬底上制备二氧化钒层；
14、制备mxene纳米单层分散液，向所述mxene纳米单层分散液中滴加酸，并将形成有二氧化钒层的衬底浸没在mxene纳米单层分散液的液面下；
15、向所述mxene纳米单层分散液滴加萃取剂，待所述mxene纳米单层分散液在液面处自组装得到mxene自组装膜后，衬底自下而上移动，所述mxene自组装膜贴附于所述二氧化钒层上形成mxene层。
16、本技术方案中，可以采用现有的射频磁控溅射法，在衬底上制备二氧化钒层。在部分实施例中，选择高纯金属钒靶作为溅射源，靶材直径为200mm，衬底置于可旋转的样品台上以提高二氧化钒层的均匀性。在一个或多个优选的实施例中，溅射前预抽真空至2×10-5pa，然后向真空室内通入氧气和氩气作为反应气体和工作气体。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多功能太赫兹调制复合材料，包括衬底(3)，其特征在于，所述衬底(3)上设置有二氧化钒层(2)，所述二氧化钒层(2)上形成有自组装的MXene层(1)，所述MXene层(1)的厚度为1～15nm。
2.根据权利要求1所述的多功能太赫兹调制复合材料，其特征在于，所述MXene层(1)的厚度为1～2nm。
3.根据权利要求2所述的多功能太赫兹调制复合材料，其特征在于，所述MXene层(1)和二氧化钒层(2)的厚度比为1:50～1:100。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多功能太赫兹调制复合材料，其特征在于，所述MXene层(1)与二氧化钒层(2)的总厚度为100～150nm。
5.多功能太赫兹调制复合材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1～4中任一项所述的多功能太赫兹调制复合材料，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的多功能太赫兹调制复合材料的制备方法，其特征在于，所述萃取剂为乙酸乙酯；滴入MXene纳米单层分散液中的酸为硝酸。
7.根据权利要求5所述的多功能太赫兹调制复合材料的制
8.多功能太赫兹调制复合材料的应用，其特征在于，所述多功能太赫兹调制复合材料为权利要求1～4中任一项所述的多功能太赫兹调制复合材料，所述应用包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的多功能太赫兹调制复合材料的应用，其特征在于，所述复合材料的调制工作频段为0.5～4.5THz。
10.根据权利要求8所述的多功能太赫兹调制复合材料的应用，其特征在于，通过调整二氧化钒层(2)的温度，使所述复合材料的阻抗至真空波阻抗的一半，所述复合材料达到极限吸收。
...【技术特征摘要】
1.多功能太赫兹调制复合材料，包括衬底(3)，其特征在于，所述衬底(3)上设置有二氧化钒层(2)，所述二氧化钒层(2)上形成有自组装的mxene层(1)，所述mxene层(1)的厚度为1～15nm。
2.根据权利要求1所述的多功能太赫兹调制复合材料，其特征在于，所述mxene层(1)的厚度为1～2nm。
3.根据权利要求2所述的多功能太赫兹调制复合材料，其特征在于，所述mxene层(1)和二氧化钒层(2)的厚度比为1:50～1:100。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多功能太赫兹调制复合材料，其特征在于，所述mxene层(1)与二氧化钒层(2)的总厚度为100～150nm。
5.多功能太赫兹调制复合材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1～4中任一项所述的多功能太赫兹调制复合材料，所述制备方法包括以下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵陶，梅傲寒，
申请(专利权)人：电子科技大学深圳高等研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。