用于太赫兹超材料构建的基板、太赫兹超材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于太赫兹超材料构建的基板、太赫兹超材料及制备方法，该用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法包括：将目标陶瓷基板材料与粘结剂、极性溶剂均匀混合，配制成浆料；而后将浆料通过3D打印技术成型，再进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；最后将陶瓷片半成品进行烧结处理。该制备方法工艺简单，生产周期短，成型效率高，生产成本低，适用于制备小尺寸基板，所制得基板适用于构建太赫兹超材料，利于太赫兹超材料的大规模生产应用。

Substrates, terahertz metamaterials and preparation methods for terahertz metamaterials

【技术实现步骤摘要】
用于太赫兹超材料构建的基板、太赫兹超材料及制备方法
本专利技术涉及材料制备
，尤其是涉及一种用于太赫兹超材料构建的基板、太赫兹超材料及制备方法。
技术介绍
太赫兹(THz)是对频率位于微波和红外光谱区域之间的一种电磁波。随着光电子技术和低尺度半导体技术的发展，各国及其研究所纷纷对太赫兹电磁波进行了广泛而深入的研究。太赫兹电磁波在疾病检测、环境保护、缉毒反恐、安检国防、太空探测和星际通信等领域具有良好的发展前景。在开展太赫兹波应用研究的同时，太赫兹吸波材料的研制也应运而生。太赫兹吸波材料是将入射到其表面的电磁波绝大部分能量吸收转化，而反射很少的材料。根据材料的不同损耗机制，被吸收的电磁波将转化为热能或其他形式的能量，实现能量损耗的功能。目前，由于硅片的加工工艺相对成熟，在太赫兹超材料的构建中多以硅片作为基板，但传统的光刻工艺，限于硅材，加工成本高，生产周期长，步骤繁琐，深加工困难，且对于加工环境要求高，会产生氢氟酸等污染环境，这限制了太赫兹超材料的大规模应用和发展。对于陶瓷基片，由于传统的陶瓷基板制备工艺一般经过超精细磨床仅能加工到300μm左右，若更薄磨床往往会将陶瓷片压碎，因此，现有陶瓷基板工艺制备的陶瓷基片往往不适用于太赫兹超材料的构建。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种用于太赫兹超材料构建的基板、太赫兹超材料及制备方法。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面，提供一种用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，包括以下步骤：S1、将目标陶瓷基板材料与粘结剂、极性溶剂均匀混合，配制成浆料；S2、将所述浆料通过3D打印技术进行成型，而后进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；S3、将所述陶瓷片半成品进行烧结处理。根据本专利技术的一些实施例，所述目标基板材料选自氧化钛、氧化硅、氧化铝、钛酸锶、钛酸钡中的至少一种。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述目标陶瓷基板材料的粒径为1～10μm。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，步骤S1中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇中的至少一种。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述目标陶瓷基板材料、所述粘结剂和所述极性溶剂的质量比为(50～80)：(8～4)：(42～16)。根据本专利技术的一些实施例，步骤S2中，所述成型的成型厚度为10μm～3㎜。另外，步骤S2中，成型后、干燥处理前可进行压平处理。根据本专利技术的一些实施例，步骤S3中，所述烧结处理具体为：以5～10℃/min升温速度升温至600～800℃，保温2～3h；而后以5～10℃/min升温速度升温至1400～1700℃，保温2～3h。本专利技术的第二方面，提供一种用于太赫兹超材料构建的基板，由本专利技术第一方面所提供的任一种用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法制得。本专利技术的第三方面，提供一种太赫兹超材料的制备方法，包括以下步骤：①太赫兹超材料的设计，包括：采用仿真软件进行太赫兹超材料结构设计；②太赫兹超材料的制备，包括：根据步骤①设计所得的太赫兹超材料结构，在本专利技术第所二方面所提供的任一种用于太赫兹超材料构建的基板上进行激光雕刻，制得太赫兹超材料。根据本专利技术的一些实施例，步骤①中，设计的太赫兹超材料结构为方块状或直条状。本专利技术的第四方面，提供一种太赫兹超材料，由本专利技术第三方面所提供的任一种太赫兹超材料的制备方法制得。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例提供了一种用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，该制备方法工艺简单，生产周期短，成型效率高，生产成本低，适用于制备厚度低于300μm的小尺寸基板，所制得的基板适用于构建太赫兹超材料，利于太赫兹超材料的大规模生产应用。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。实施例1一种用于太赫兹超材料构建的基板，其制备方法包括以下步骤：S1、按照质量比为70：3：27，称取氧化钛、粘结剂PVA(聚乙烯醇)和溶剂水；而后利用球磨工艺均匀混合，配制成浆料；S2、将步骤S1配制的浆料通过3D打印技术进行成型，成型厚度为10μm～3㎜；而后用陶瓷板压平，再进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；S3、将步骤S2所制得的陶瓷片半成品进行烧结处理，具体先以5℃/min升温速度升温至600℃，保温2h，而后继续以5℃/min升温速度升至1500℃，保温3h，而后冷却至室温，利用固相反应烧结方法使氧化钛陶瓷片半成品固化形成用于太赫兹超材料构建的基板。以上所制得基板可用于太赫兹超材料的构建，具体制备方法可包括以下步骤：①利用电磁仿真有限元软件进行太赫兹超材料的仿真与设计，设计出所需的太赫兹超材料结构，具体可为方块状，其表面边长范围可为0.5μm～5mm；②根据步骤①所设计的太赫兹超材料结构，使用纳秒超紫外激光在以上制得的基板上进行激光雕刻，制得太赫兹超材料。实施例2一种用于太赫兹超材料构建的基板，其制备方法包括以下步骤：S1、按照质量比为60：4：36，称取氧化铝、粘结剂PVA(聚乙烯醇)和溶剂水；而后利用球磨工艺均匀混合，配制成浆料；S2、将步骤S1配制的浆料通过3D打印技术进行成型，成型厚度为10μm～3㎜；而后用陶瓷板压平，再进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；S3、将步骤S2所制得的陶瓷片半成品进行烧结处理，具体先以5℃/min升温速度升温至600℃，保温2h，而后继续以5℃/min升温速度升至1600℃，保温3h，而后冷却至室温，利用固相反应烧结方法使氧化铝陶瓷片半成品固化形成用于太赫兹超材料构建的基板。以上所制得基板可用于太赫兹超材料的构建，具体制备方法可包括以下步骤：①利用电磁仿真有限元软件进行太赫兹超材料的仿真与设计，设计出所需的太赫兹超材料结构，具体可为直条状，其表面长度范围可为0.5μm～5mm，宽度范围为0.2～3mm；②根据步骤①所设计的太赫兹超材料结构，使用纳秒超紫外激光在以上制得的基板上进行激光雕刻，制得太赫兹超材料。实施例3一种用于太赫兹超材料构建的基板，其制备方法包括以下步骤：S1、按照质量比为65：3：32，称取氧化硅、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)和乙醇溶剂，利用球磨工艺均匀混合，配制成浆料；S2、将步骤S1配制的浆料通过3D打印技术进行成型，成型厚度为10μm～3㎜；而后用陶瓷板压平，再进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；S3、将步骤S2所制得的陶瓷片半成品进行烧结处理，具体先以5℃/min升温速度升温至600℃，保温2h，而后继续以5℃/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将目标陶瓷基板材料与粘结剂、极性溶剂均匀混合，配制成浆料；/nS2、将所述浆料通过3D打印技术进行成型，而后进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；/nS3、将所述陶瓷片半成品进行烧结处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将目标陶瓷基板材料与粘结剂、极性溶剂均匀混合，配制成浆料；
S2、将所述浆料通过3D打印技术进行成型，而后进行干燥处理，制得陶瓷片半成品；
S3、将所述陶瓷片半成品进行烧结处理。


2.根据权利要求1所述用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，其特征在于，所述目标陶瓷基板材料选自氧化钛、氧化硅、氧化铝、钛酸锶、钛酸钡中的至少一种。


3.根据权利要求2所述用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，其特征在于，所述目标陶瓷基板材料的粒径为1～10μm。


4.根据权利要求1所述用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇中的至少一种。


5.根据权利要求1所述用于太赫兹超材料构建的基板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述目标陶瓷基板材料、所述粘结剂和所述极性溶剂的质量比为(50～80)：(8～4)：(42～16)。

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃，曾新喜，张晗，王荣，朱朋飞，周济，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44