發(fā)布時間：2020-06-03 21:08

【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發(fā)展相當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的互補特征。與微波、毫米波相比,THz探測技術可以獲得更高的分辨率,具有突出的抗干擾能力和獨特的反隱身能力;與激光相比,THz技術具有視場范圍寬、搜索能力好、適用于惡劣氣象條件等優(yōu)點。在太赫茲技術范疇中,太赫茲源和太赫茲檢測技術發(fā)展已經取得很大進展,許多技術指標甚至已經接近理論極限;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超材料結構,光子晶體的光子帶隙特性可以方便的操控電磁波的傳播。為了實現對THz波段的調控,光子晶體的尺寸要與THz波相當,實現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,來構筑亞微米到毫米尺寸范圍內的光子晶體結構,相比于其他的3D打印技術,無模直寫3D打印技術可以同時兼容多種材料,實現生物材料、陶瓷材料、硅膠材料以及多種材料同時打印;具有其他3D打印技術無可比擬的優(yōu)勢。本論文以無模直寫3D打印技術為基礎,首先對對該技術的打印成型理論進行了系統(tǒng)性研究,并進一步采用該技術,制備柔性可調的THz光子晶體,發(fā)展新型的4D打印光子晶體結構,開發(fā)了雙材料打印光子晶體技術,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狀和流體力學分析模型,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"隨剪切應力的變化關系;并進一步闡述了無模直寫3D打印漿料的最根本特點是彈性模量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理:PDMS1700漿料為剪切應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反應致粘彈逆變漿料。其次,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅膠和納米鈦酸鋇(BaTiO_3)為基礎,制備了不同比例的BaTiO_3/PDMS復合漿料,并以此漿料為基礎,打印了多種結構的THz光子晶體。采用平面波展開法研究了該結構參數的光子晶體的能帶結構隨介質棒間距d,介質棒周期高度A和折射率之差An的變化特征。研究了不同BaTiO_3含量,不同介質棒間距d和不同層數對的光子晶體帶隙結構的影響規(guī)律,并采用時域有限差分法對光子帶隙結構透射譜進行模擬計算。當對該光子晶體施加拉伸力場的時候,光子帶隙位置隨著拉伸率的增加向低頻移動;當施加扭轉作用的時候,光子帶隙隨著扭轉角度的增加,帶隙深度先逐漸增加,又逐漸變淺消失。通過外加力場,實現了對光子晶體帶隙的調控。再次,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅膠和鐵粉(Fe)為基礎,制備了Fe/PDMS復合漿料,并以此漿料為基礎,結合無模直寫打印技術開發(fā)了新型的4D打印技術;該技術制備的三維結構,能夠在外加激勵磁場的作用下,實現三維結構隨時間變化。同時,我們將該技術用于THz波段光子晶體的制備,實現了對光子晶體在外加磁場作用下,結構隨時間的變化,同時實現了光子晶體帶隙在外加磁場作用下的非接觸式調控。最后,為無模直寫技術制備多材料的THz功能器件進行了探索性研究。以雙材料無模直寫打印技術為基礎,采用BaTiO_3和PDMS硅膠混合漿料制備了40 wt%和10 wt%雙復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,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，是火災救護、沙漠救援、戰(zhàn)場尋敵等復雜環(huán)境中成像的理逡逑想光源。圖１．２是ＴＨｚ成像圖，左側為實電路板實物圖，右側為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，小于一個毫逡逑米的銅焊點可以被顯示出來，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性質分析等。基于對蛋白質基因特性等的研究，可建立起ＴＨｚ生物分子診逡逑斷技術，可以利用ＴＨｚ提�。模危恋闹匾畔ⅲ郏础浚瑸橹参锾貏e是農業(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，可以為緝毒反恐排爆等提供理論和探測技術逡逑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
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O734

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本文編號：2695402