通過將三維石墨烯材料與聚二甲基硅氧烷薄膜相結合,設計并研制了一種寬帶可拉伸的太赫茲波吸收材料,設計結構可以使三維石墨烯在聚二甲基硅氧烷層的保護下實現(xiàn)大幅度拉伸。實驗結果表明,該吸波材料在0.2～1.1 THz的測試范圍內有最高90%的吸收率,同時在20%的拉伸量下復合結構對太赫茲波吸收率基本保持不變,并且在去掉外力時材料樣品的結構和性能均可恢復至原始狀態(tài)。可拉伸太赫茲吸波材料具有帶寬大、吸收率高、加工簡單以及可大面積制備等優(yōu)點,在太赫茲吸收器等領域中具有潛在的應用價值。 

【文章來源】：太赫茲科學與電子信息學報. 2020,18(01)北大核心

【文章頁數】：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，設計并制作了一種“三明治”結構的可拉伸太赫茲吸波結構材料。該材料不僅可以實現(xiàn)在0.2~1.1THz頻段內最高90%的太赫茲波吸收率，同時，在20%的一維拉伸量下吸收率可以維持85~90%，且拉伸完成可恢復其結構和吸收性能。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用表面及可穿戴領域有著重要的意義，同時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”結構拉伸示意圖；(b)拉伸實物圖(b)10nm3Dgraphene(a)PDMS?????20%???0.20.40.60.81.020151050f/THztransmitance/%Fig.6Transmittancecurvesof"sandwich"structurebeforeandafterstretching圖6“三明治”結構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)不同拉伸強度下結構的頻域譜；(b)不同拉伸強度下結構的吸收譜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向法。本文使用的是模板導向法中的化學氣相沉積(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，生長時間為30min，之后關閉甲烷氣體，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量非常輕且具有高度疏松多孔結構，在圖1(b)的高倍光學顯微鏡下看到明顯的六邊形網狀，具有高度多孔結構，多層交錯且不完全重疊。這些獨特的結構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入材料內部并損耗。三維石墨烯的疏松結構導致材料易碎，在實際應用中存在很大困難，更無法實現(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。實驗所用的PDMS為SYLAGARD184型硅橡膠，由美國DowCorningCrop生產，其中包括預凝物和固化劑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，導熱率為0.18W/(m·K)，粘性是3900mPa·s，比重為1.08，玻璃化溫度為150K。可以通過改變預凝物和固化劑的比例來調節(jié)PDMS的密度和楊氏模量等，實驗時用針筒分別吸取0.6mL的固化劑和6mL的預凝物，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)三維石墨烯實物圖；(b)光學顯微鏡下三維石墨烯的照片(b)

【參考文獻】：
期刊論文
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