CN110137686A - 一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜 - Google Patents

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陈海涛
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Abstract

本发明公开了一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，包括多层由底层向上折射率逐层递减的高分子复合材料，所述高分子复合材料的折射率取值满足折射率渐变多层增透膜公式，其中，底层为至少两层相互复合的高导电率半导体微纳颗粒‑聚合物复合材料层，底层的上方为至少一层中空微球聚合物复合材料层。聚合物复合材料层在固化前可涂敷于任意曲面的特性，因此大大提高了太赫兹吸收膜在实际中应用效果。本发明的可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜具有结构简单、超宽频吸收和制作成本低等优点。

Description

一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜
技术领域
本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜。
背景技术
太赫兹波是指频率处于0.1THz-10THz、波长范围处于0.03mm-3mm之间的电磁波，在电磁波谱中位于微波频段和红外频段之间。太赫兹波的强透射型、宽频带型、低辐射性等特点使它在宽带通信、成像、雷达等领域具有广泛技术应用的前景。其中太赫兹雷达成像系统使太赫兹最重要的应用领域。相比于微波系统和光学红外系统，太赫兹波的强透射特性使太赫兹成像系统具有更优的成像分辨率和环境适应能力，能在烟尘、雾霾等复杂环境下拥有良好的成像性能。
随着太赫兹技术的迅速发展，太赫兹雷达成像系统、太赫兹波通信等技术开始被广泛应用，太赫兹波吸收器也成为太赫兹领域的重要研究方向之一。近年来，太赫兹波吸收器大多基于Landy提出的电磁波“完美吸收器”超结构材料的概念，采用金属微结构-介质层-金属薄膜三层结构体系，通过改变超吸收结构的几何参数和介质层材料实现对吸收峰的峰位和强度的调控。采用三层结构体系的太赫兹波吸收器在吸收峰峰位可到达99％以上的吸收率。
基于超结构材料的太赫兹波吸收器虽在特定频宽内的吸收效果极佳，但对于宽频太赫兹波段的吸收使用多层超结构材料堆叠加工依旧面临加工精度不够、频宽仍然相对较窄、缺乏柔韧性不适用于曲面等难题，使基于超结构材料的太赫兹波吸收器在实际中应用需求中受到局限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，对于现阶段太赫兹波吸收器存在结构繁琐、不可折弯设计、成本较高的技术不足，提出一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，包括多层由底层向上折射率逐层递减的高分子复合材料，所述高分子复合材料的折射率取值满足折射率渐变多层增透膜公式，其中，底层为至少两层相互复合的高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层，底层的上方为至少一层中空微球聚合物复合材料层。
优选地，所述中空微球聚合物复合材料层由中空的纳米或微米小球与高分子聚合物复合而成。
更优选地，所述中空的纳米或微米小球为中空聚苯乙烯微球或中空石英球。
优选地，所述高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层由高导电率(低阻)半导体微纳米粉末和与高分子聚合物复合而成。
更优选地，所述半导体微纳米粉末为纳米硅。
优选地，所述高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层与中空微球聚合物复合材料层之间还设有纯聚合物材料层。
更优选地，所述纯聚合物为环氧树脂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的超宽频太赫兹吸收膜的复合材料层的折射率由小到大逐次变化，有效降低太赫兹波的反射率；高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层同时兼顾入射太赫兹波的吸收功效，并由此实现宽频太赫兹的防反吸收效果。
(2)本发明的聚合物基复合材料层在固化前具有一定的流动性，可以涂敷于任何弯曲表面，能克服其他太赫兹波吸收器的不可折弯设计的缺点。
(3)本发明的可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜对于频率在1.5THz-3.5THz之间的太赫兹波的平均吸收率达98％，具有结构简单、超宽带吸收和制作成本低等优点。
附图说明
图1是本发明的可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜的结构示意图；
图2是实施例1的可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜各层折射率图；
图3是实施例1的可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜在1THz-4THz频段下的吸收频谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1～2所示，本实施例提供了一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，由五层复合材料层叠加而成，第一层至第五层(底层)复合材料层叠实际折射率依次为1.36，1.47，1.62，1.83和2.05，逐层递增，包括位于第一层的中空微球聚合物复合材料层1，位于第二层纯聚合物材料层2，分别位于第三至五层的高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层3，
所述中空微球聚合物复合材料层1由中空聚苯乙烯微球和双酚A环氧树脂复合而成，所述高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层3由重掺杂硅粉和双酚A环氧树脂复合而成，所述纯聚合物材料层2为纯双酚A环氧树脂。
上述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜的具体制备步骤如下：
步骤1：根据折射率渐变多层增透膜公式，计算不同复合材料层的折射率。
其中n0为空气的折射率，n1-5为所制备复合材料的折射率。在本实例中，取理论值别为n1＝1.3、n2＝1.5、n3＝1.7、n4＝1.9、n5＝2.1。
分
步骤2：高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层3的制备：
将双酚A环氧树脂(E-51杭州五会港胶粘剂有限公司)与重掺杂硅粉(粒径500nm，纯度99％上海允复纳米科技有限公司)按照质量比4：1在混合器内进行充分的混合，随后加入双酚A环氧树脂质量15％的固化剂间苯二甲胺(99％北京百灵威科技有限公司)再次充分混合，在70℃的环境下热固化1h，制得高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层3。
通过调整重掺杂硅粉在整个体系中的含量比，混合双酚A环氧树脂与重掺杂硅粉质量比为2：1和1：1，可以调整复合材料的折射率。
重复上述步骤并调整掺杂比，即可获得从下至上折射率由高到低渐次变化的三层高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层3。利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)和快速傅里叶变化的处理对制备的纳米硅复合材料进行折射率的分析与表征，当纳米硅的质量百分比分别为17.6％、29.6％、45％时，其实际折射率分别对应为1.62、1.83、2.05，和有效介质理论相匹配。
步骤3：中空微球聚合物复合材料层1制备方法如下：
取聚苯乙烯微球与双酚A环氧树脂(E-51杭州五会港胶粘剂有限公司)按照质量比为1.5：100的比例混合，加入双酚A环氧树脂质量15％的固化剂(间苯二甲胺，99％北京百灵威科技有限公司)进行固化后的得到了折射率为1.3的聚苯乙烯-环氧树脂复合物。
步骤4：纯聚合物材料层2的制备方法如下：
双酚A环氧树脂的折射率恰好为1.5，符合对太赫兹超宽带吸收的设计，所以本实施例中直接将双酚A环氧树脂作为太赫兹超宽带吸收器的第二层，不添加其他掺杂。
制备可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜时首先制备折射率最大的高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层，随后在已固化的高折射率复合材料层上涂敷尚未固化的次高折射率复合材料，待固化后两层折射率不同复合材料复合完成，其余三层复合材料使用相同方法进行涂覆。如图3所示，本实施例实际制备可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜在1.5-3.5THz频段下的吸收率达98％。

Claims (7)

1.一种可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，包括多层由底层向上折射率逐层递减的高分子复合材料，所述高分子复合材料的折射率取值满足折射率渐变多层增透膜公式，其中，底层为至少两层相互复合的高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层(3)，底层的上方为至少一层中空微球聚合物复合材料层(1)。
2.如权利要求1所述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，所述中空微球聚合物复合材料层(1)由中空的纳米或微米小球与高分子聚合物复合而成。
3.如权利要求2所述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，所述中空的纳米或微米小球为中空聚苯乙烯微球或中空石英球。
4.如权利要求1所述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，所述高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层(3)由高导电率半导体微纳米粉末和与高分子聚合物复合而成。
5.如权利要求4所述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，所述半导体微纳米粉末为纳米硅。
6.如权利要求1所述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，所述高导电率半导体微纳颗粒-聚合物复合材料层(3)与中空微球聚合物复合材料层(1)之间还设有纯聚合物材料层(2)。
7.如权利要求6所述可涂敷于任意曲面的超宽频太赫兹吸收膜，其特征在于，所述纯聚合物为环氧树脂。
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