【摘要】：太赫茲(THz)波是指頻率為:0.1 THz-10 THz,波長范圍為:30 μm-3 mm的電磁波,其波段在電子波譜上介于已經(jīng)發(fā)展相當(dāng)成熟的毫米波和紅外中間,太赫茲波具有兼有微波和光波的“雙重特性”,即類似微波的穿透能力和類似光波的方向性,相對于其他波段的電磁波具有非常強(qiáng)的互補(bǔ)特征。與微波、毫米波相比,THz探測技術(shù)可以獲得更高的分辨率,具有突出的抗干擾能力和獨(dú)特的反隱身能力;與激光相比,THz技術(shù)具有視場范圍寬、搜索能力好、適用于惡劣氣象條件等優(yōu)點(diǎn)。在太赫茲技術(shù)范疇中,太赫茲源和太赫茲檢測技術(shù)發(fā)展已經(jīng)取得很大進(jìn)展,許多技術(shù)指標(biāo)甚至已經(jīng)接近理論極限;但是太赫茲功能器件發(fā)展相對緩慢。光子晶體是一種光子帶隙的周期性介質(zhì)超材料結(jié)構(gòu),光子晶體的光子帶隙特性可以方便的操控電磁波的傳播。為了實(shí)現(xiàn)對THz波段的調(diào)控,光子晶體的尺寸要與THz波相當(dāng),實(shí)現(xiàn)該尺度光子晶體的尺寸的制備,傳統(tǒng)加工的方式難以滿足。我們采用無模直寫3D打印技術(shù),來構(gòu)筑亞微米到毫米尺寸范圍內(nèi)的光子晶體結(jié)構(gòu),相比于其他的3D打印技術(shù),無模直寫3D打印技術(shù)可以同時(shí)兼容多種材料,實(shí)現(xiàn)生物材料、陶瓷材料、硅膠材料以及多種材料同時(shí)打印;具有其他3D打印技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。本論文以無模直寫3D打印技術(shù)為基礎(chǔ),首先對對該技術(shù)的打印成型理論進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,并進(jìn)一步采用該技術(shù),制備柔性可調(diào)的THz光子晶體,發(fā)展新型的4D打印光子晶體結(jié)構(gòu),開發(fā)了雙材料打印光子晶體技術(shù),為多材料的THz功能器件制備提供可能性。首先對無模直寫3D打印技術(shù)的多種漿料體系的系統(tǒng)分析。闡述了基于溶膠凝膠漿料體系直寫打印的研究現(xiàn)狀和流體力學(xué)分析模型,并指對于直寫打印漿料來說,大部分漿料都具有剪切稀化特性,該特性使得漿料可以更加順暢的從針頭擠出;并指出現(xiàn)有的分析方法的不足:沒有綜合考慮漿料的彈性模量G,和粘性模量G"隨剪切應(yīng)力的變化關(guān)系;并進(jìn)一步闡述了無模直寫3D打印漿料的最根本特點(diǎn)是彈性模量G,和粘性模量G"在漿料從針頭擠出之后會發(fā)生粘彈逆變。研究了三種具有代表性的漿料成型機(jī)理:PDMS1700漿料為剪切應(yīng)力致粘彈逆變體系漿料;PLA漿料為溶劑揮發(fā)致粘彈逆變漿料;二氧化鈦溶膠凝膠漿料為化學(xué)反應(yīng)致粘彈逆變漿料。其次,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅膠和納米鈦酸鋇(BaTiO_3)為基礎(chǔ),制備了不同比例的BaTiO_3/PDMS復(fù)合漿料,并以此漿料為基礎(chǔ),打印了多種結(jié)構(gòu)的THz光子晶體。采用平面波展開法研究了該結(jié)構(gòu)參數(shù)的光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)隨介質(zhì)棒間距d,介質(zhì)棒周期高度A和折射率之差A(yù)n的變化特征。研究了不同BaTiO_3含量,不同介質(zhì)棒間距d和不同層數(shù)對的光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,并采用時(shí)域有限差分法對光子帶隙結(jié)構(gòu)透射譜進(jìn)行模擬計(jì)算。當(dāng)對該光子晶體施加拉伸力場的時(shí)候,光子帶隙位置隨著拉伸率的增加向低頻移動;當(dāng)施加扭轉(zhuǎn)作用的時(shí)候,光子帶隙隨著扭轉(zhuǎn)角度的增加,帶隙深度先逐漸增加,又逐漸變淺消失。通過外加力場,實(shí)現(xiàn)了對光子晶體帶隙的調(diào)控。再次,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅膠和鐵粉(Fe)為基礎(chǔ),制備了Fe/PDMS復(fù)合漿料,并以此漿料為基礎(chǔ),結(jié)合無模直寫打印技術(shù)開發(fā)了新型的4D打印技術(shù);該技術(shù)制備的三維結(jié)構(gòu),能夠在外加激勵(lì)磁場的作用下,實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化。同時(shí),我們將該技術(shù)用于THz波段光子晶體的制備,實(shí)現(xiàn)了對光子晶體在外加磁場作用下,結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光子晶體帶隙在外加磁場作用下的非接觸式調(diào)控。最后,為無模直寫技術(shù)制備多材料的THz功能器件進(jìn)行了探索性研究。以雙材料無模直寫打印技術(shù)為基礎(chǔ),采用BaTiO_3和PDMS硅膠混合漿料制備了40 wt%和10 wt%雙復(fù)合材料耦合光子晶體,并研究雙材料耦合對于THz光子晶體帶隙的影響。該雙材料打印技術(shù),將為3D打印制備多材料耦合的THz功能器件提供理論可能性。
【圖文】：

藏物品進(jìn)行穿透衣物探測和高分辨力成像識［１８＿２４］。另外，太赫茲波在濃煙、沙塵逡逑環(huán)境中傳輸損耗很少，是火災(zāi)救護(hù)、沙漠救援、戰(zhàn)場尋敵等復(fù)雜環(huán)境中成像的理逡逑想光源。圖１．２是ＴＨｚ成像圖，左側(cè)為實(shí)電路板實(shí)物圖，右側(cè)為ＴＨｚ成像圖（所逡逑使用的ＴＨｚ波長是６００嘩，頻率是０．６ＴＨｚ）＾，從圖中可以看出，小于一個(gè)毫逡逑米的銅焊點(diǎn)可以被顯示出來，且埋在電路板中間的銅線路可以被探測到，由此說逡逑明ＴＨｚ對塑料是透明的，且具有較高的分辨率。逡逑１，邋ａｒｂ．邋ｕｎｉｔｓ逡逑１邋（）匾邋ｎ＇ｇ胃，夬邋ｐｗ—一邐廠＂■＿＊—１１１１１＂］邋ｗａｒｎ邋１．＂逡逑ｉ邋ｍ邋ｉｎ邋ｉｉｉｐｍ邐｝Ｊ邋■逡逑ｌｏｓ逡逑＿６邋ｎ：：邋ＵＨｆ邋ｖ邋ｍ邋：邋ｖ逡逑°０邐２邐４邐６邐８邐１０邐１２邋０邐２邐４邐６邐８邐１０邐１２邋．邋；邐０ｄ逡逑ｊｃ，ｍｍ邐ｘ，ｍｍ邐Ｕ逡逑Ｉ邋ｉ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｂ邋Ｌ－邋＾邐ｉ邋Ｊ邋＿００逡逑＂０邐２邐４邐６邐８邐１０邋０邐２邐４邐６邐８邐１０逡逑ｘ

邐第１章邋緒論邐逡逑化學(xué)性質(zhì)分析等�；趯Φ鞍踪|(zhì)基因特性等的研究，可建立起ＴＨｚ生物分子診逡逑斷技術(shù)，可以利用ＴＨｚ提�。模危恋闹匾畔ⅲ郏础浚瑸橹参锾貏e是農(nóng)業(yè)選中提供新逡逑的研究手段；利用高分子的特殊頻譜信息，圖１．４顯示了海洛因、麻黃堿、咖啡逡逑因、氯胺酮等毒品的指紋圖譜，可以清楚地看到，，他們的峰位完全不一樣。借助逡逑于ＴＨｚ技術(shù)，可以為緝毒反恐排爆等提供理論和探測技術(shù)逡逑Ｓ邋ｕ邋１１邋＊邋１邐，邋，邋Ｉ．．．．＂■■邋＂ｆ＂＂＂邋－邋Ｉ邋＂１邐５邋＂邋＂邋？邋＂＂＂１ｉ邋＇■邋邋邋邋邋邋邋邋ｒｌ邋Ｖ逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O734

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