發(fā)布時(shí)間：2021-11-28 23:13

　　針對(duì)太赫茲技術(shù)在材料特征識(shí)別和探測(cè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用以及高分子材料在太赫茲波段的指紋特征,利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)開展了PA66高分子材料在太赫茲波段的吸收光譜以及折射率、介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)與理論分析研究。得到了PA66的太赫茲波段的光譜特征及吸收特征峰。并利用密度泛函理論開展了PA66在0.1～10 THz范圍內(nèi)的分子振動(dòng)頻率的計(jì)算工作,對(duì)比了理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),并進(jìn)行了太赫茲光譜特征吸收峰的歸屬指認(rèn)。結(jié)果表明,計(jì)算的PA66分子振動(dòng)頻率與太赫茲實(shí)驗(yàn)光譜具有較高的一致性,并且太赫茲吸收光譜中的特征峰是分子中各基團(tuán)的振動(dòng)與太赫茲波頻率的共振響應(yīng)。通過分析基團(tuán)的振動(dòng)模式,對(duì)太赫茲光譜吸收特征峰歸屬進(jìn)行指認(rèn):PA66材料在0.2～2.3 THz頻段內(nèi)多個(gè)特征峰主要由主鏈上酰胺基中C=O,—NH基團(tuán)的擺動(dòng)以及大骨架C鏈中的—CH₂非對(duì)稱性振動(dòng)產(chǎn)生。其中, 0.77 THz處的特征峰歸因于分子內(nèi)強(qiáng)烈的C=O和N—H的面外擺動(dòng), 1.56 THz處特征峰包含C=O的面外擺動(dòng)和C鏈上CH₂的扭動(dòng),而1.85 THz處特征峰主要?dú)w因于來自單體己二酸... 

【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(09)北大核心EISCICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

透射式太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)工作原理示意圖[12]

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的透射太赫茲時(shí)域和經(jīng)傅里葉變換后頻域的光譜參考信號(hào)和樣品信號(hào)如圖2所示。 由圖可知, 樣品信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)存在時(shí)間延遲和幅值衰減。 并且, 太赫茲脈沖透過2.0 mm的PA66樣品, 其幅值下降了約75%, 表明PA66對(duì)此頻段的太赫茲波有較強(qiáng)吸收, 并且在1.1～2.3 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)吸收峰。圖3為PA66樣品的太赫茲吸收光譜。 如圖所示, 在0.4～2.2 THz頻段內(nèi), PA66對(duì)太赫茲波有整體的吸收特性, 并且出現(xiàn)明顯的吸收特征峰, 其頻率位置分別為1.24, 1.48, 1.55, 1.74, 1.85和1.96 THz。 其產(chǎn)生原因與PA66分子結(jié)構(gòu)中主鏈上的酰胺基官能團(tuán)中—NH, CO基團(tuán)的振動(dòng)模式有關(guān), 其中各基團(tuán)和大骨架主鏈的擺動(dòng)、 扭動(dòng)以及對(duì)稱和非對(duì)稱性振動(dòng)致使PA66在0.4～2.2 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)共振吸收峰, 造成對(duì)此頻段的太赫茲波的吸收。

圖3為PA66樣品的太赫茲吸收光譜。 如圖所示, 在0.4～2.2 THz頻段內(nèi), PA66對(duì)太赫茲波有整體的吸收特性, 并且出現(xiàn)明顯的吸收特征峰, 其頻率位置分別為1.24, 1.48, 1.55, 1.74, 1.85和1.96 THz。 其產(chǎn)生原因與PA66分子結(jié)構(gòu)中主鏈上的酰胺基官能團(tuán)中—NH, CO基團(tuán)的振動(dòng)模式有關(guān), 其中各基團(tuán)和大骨架主鏈的擺動(dòng)、 扭動(dòng)以及對(duì)稱和非對(duì)稱性振動(dòng)致使PA66在0.4～2.2 THz頻段內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)共振吸收峰, 造成對(duì)此頻段的太赫茲波的吸收。由透射頻譜得出PA66的折射率、 介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)隨頻率變化的曲線, 如圖4所示。 PA66的折射率約為1.9, 并隨著頻率的增加有所上升, 在1.5 THz左右由1.96降至1.88。 折射率虛部不為0, 表明PA66對(duì)太赫茲波有吸收衰減特性。 PA66材料的介電常數(shù)實(shí)部在3.5～3.8之間, 其虛部在0.2～1.2 THz頻段范圍由0.1左右增加為0.35, 隨后逐漸降低, 并且在整個(gè)頻段出現(xiàn)多個(gè)共振響應(yīng)峰。 分析其光學(xué)參數(shù)可知, 由于PA66分子鏈中含有酰胺基以及結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性, 在太赫茲波的作用下發(fā)生較強(qiáng)的偶極子取向極化和原子極化, 電偶極性的差異, 偶極子的非對(duì)稱性振動(dòng), 致使其在太赫茲波段的響應(yīng)特征較為明顯, 有較強(qiáng)的共振吸收, 其折射率和介電常數(shù)均出現(xiàn)頻散現(xiàn)象, 且折射率高于分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱性高的材料[11]。 因此, 材料的折射率與材料分子結(jié)構(gòu)、 極化特性和入射波的頻率有關(guān)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]全反式β-胡蘿卜素太赫茲光譜的實(shí)驗(yàn)及理論研究[J]. 閆微,馬淼,戴澤林,谷雨,朱宏釗,劉禹彤,許向東,韓守勝,彭勇.  物理學(xué)報(bào). 2017(03)
[7]α-HMX的太赫茲波吸收特性及理論計(jì)算[J]. 杜宇,李敬明,宗和厚,楊占峰,張偉斌.  含能材料. 2015(05)



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