通過將三維石墨烯材料與聚二甲基硅氧烷薄膜相結(jié)合,設(shè)計(jì)并研制了一種寬帶可拉伸的太赫茲波吸收材料,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以使三維石墨烯在聚二甲基硅氧烷層的保護(hù)下實(shí)現(xiàn)大幅度拉伸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該吸波材料在0.2～1.1 THz的測試范圍內(nèi)有最高90%的吸收率,同時(shí)在20%的拉伸量下復(fù)合結(jié)構(gòu)對太赫茲波吸收率基本保持不變,并且在去掉外力時(shí)材料樣品的結(jié)構(gòu)和性能均可恢復(fù)至原始狀態(tài)�？衫焯掌澪ú牧暇哂袔挻�、吸收率高、加工簡單以及可大面積制備等優(yōu)點(diǎn),在太赫茲吸收器等領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 

【文章來源】：太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào). 2020,18(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

三維石墨烯的測試曲線

墨烯對太赫茲波的高吸收性和PDMS的柔性可拉伸性，設(shè)計(jì)并制作了一種“三明治”結(jié)構(gòu)的可拉伸太赫茲吸波結(jié)構(gòu)材料。該材料不僅可以實(shí)現(xiàn)在0.2~1.1THz頻段內(nèi)最高90%的太赫茲波吸收率，同時(shí)，在20%的一維拉伸量下吸收率可以維持85~90%，且拉伸完成可恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和吸收性能。這種新型可拉伸和可彎曲的寬帶太赫茲波吸收材料在太赫茲非平面應(yīng)用表面及可穿戴領(lǐng)域有著重要的意義，同時(shí)也為研制可拉伸太赫茲器件提供了新思路。Fig.4(a)stretchingdiagramofthe“sandwich"structure;(b)photographofthe"sandwich"structure圖4(a)“三明治”結(jié)構(gòu)拉伸示意圖；(b)拉伸實(shí)物圖(b)10nm3Dgraphene(a)PDMS?????20%???0.20.40.60.81.020151050f/THztransmitance/%Fig.6Transmittancecurvesof"sandwich"structurebeforeandafterstretching圖6“三明治”結(jié)構(gòu)在拉伸前后的透射率變化曲線beforetensiontensionof20%aftertensionf/THz(a)00.40.81.21.62.0010203040506070amplitude/(a.u.)100806040200absorption/%0.20.40.60.81.0f/THz(b)Fig.5(a)frequencydomainspectrumand(b)absorptionspectrumofthecompositeunderdifferenttensilestrengths圖5(a)不同拉伸強(qiáng)度下結(jié)構(gòu)的頻域譜；(b)不同拉伸強(qiáng)度下結(jié)構(gòu)的吸收譜notensiontensionof5%tensionof10%tensionof15%tensionof20%tensionof40%airnotensiontensionof5%tensionof10%tensionof15%tensionof20%

表征大規(guī)模制備三維石墨烯的方法主要有自組裝法和模板導(dǎo)向法。本文使用的是模板導(dǎo)向法中的化學(xué)氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，CVD)法[22]制備得到三維石墨烯。首先在100mm口徑的石英管式爐中使用泡沫鎳作為沉積基底，以甲烷作為生長碳源。將泡沫鎳放入在管式爐中，通入100sccm氬氣和10sccm氫氣作為清洗氣體，同時(shí)將管式爐溫度逐漸升高至1000℃。然后通入10sccm甲烷作為生長氣體，生長時(shí)間為30min，之后關(guān)閉甲烷氣體，自然降溫至室溫，生長完成后再用2mol/L的FeCl3溶液刻蝕基底模板即可獲得三維石墨烯。如圖1所示，制備的三維石墨烯質(zhì)量非常輕且具有高度疏松多孔結(jié)構(gòu)，在圖1(b)的高倍光學(xué)顯微鏡下看到明顯的六邊形網(wǎng)狀，具有高度多孔結(jié)構(gòu)，多層交錯(cuò)且不完全重疊。這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)能夠使入射到三維石墨烯表面上的太赫茲波幾乎沒有反射地進(jìn)入材料內(nèi)部并損耗。三維石墨烯的疏松結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料易碎，在實(shí)際應(yīng)用中存在很大困難，更無法實(shí)現(xiàn)有效的拉伸形變。為了解決這一問題，采用具有高彈性的PDMS薄膜增加三維石墨烯的韌性和可拉伸性。實(shí)驗(yàn)所用的PDMS為SYLAGARD184型硅橡膠，由美國DowCorningCrop生產(chǎn)，其中包括預(yù)凝物和固化劑2種液體，2種液體混合固化后可吸收波長小于300nm的光，表面自由能約為20erg/cm，導(dǎo)熱率為0.18W/(m·K)，粘性是3900mPa·s，比重為1.08，玻璃化溫度為150K�？梢酝ㄟ^改變預(yù)凝物和固化劑的比例來調(diào)節(jié)PDMS的密度和楊氏模量等，實(shí)驗(yàn)時(shí)用針筒分別吸取0.6mL的固化劑和6mL的預(yù)凝物，用玻璃棒攪拌使兩者充分混合，然后將配好的液體Fig.1(a)photographofa10mm×10mmthree-dimensionalgraphene；(b)pictureunderopticalmicroscopeofthree-dimensionalgraphene圖1(a)三維石墨烯實(shí)物圖；(b)光學(xué)顯微鏡下三維石墨烯的照片(b)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]縮比模型的寬頻時(shí)域太赫茲雷達(dá)散射截面（RCS）研究[J]. 梁達(dá)川,魏明貴,谷建強(qiáng),尹治平,歐陽春梅,田震,何明霞,韓家廣,張偉力.  物理學(xué)報(bào). 2014(21)
[2]太赫茲技術(shù)在軍事和航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 閔碧波,曾嫦娥,印欣,馬俊海.  太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào). 2014(03)
[3]基于圓臺結(jié)構(gòu)的超寬帶極化不敏感太赫茲吸收器[J]. 莫漫漫,文岐業(yè),陳智,楊青慧,李勝,荊玉蘭,張懷武.  物理學(xué)報(bào). 2013(23)
[4]太赫茲技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測和診斷中的應(yīng)用研究[J]. 齊娜,張卓勇,相玉紅.  光譜學(xué)與光譜分析. 2013(08)
[5]Multiband terahertz metamaterial absorber[J]. 顧超,屈紹波,裴志斌,徐卓,劉嘉,顧巍.  Chinese Physics B. 2011(01)
[6]太赫茲科學(xué)與技術(shù)研究回顧[J]. Bradley Ferguson,張希成.  物理. 2003(05)



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