基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料及其制备方法。所述方法包括：将高分子弹性体基料和预定比例的导电粒子混合得到混合粉末；加热混合粉末并通过熔融共混得到柔性太赫兹动态调控材料中间体；将熔融共混状态的柔性太赫兹动态调控材料中间体压塑成型，得到柔性太赫兹动态调控材料柔性薄膜；所述预定比例大于临界填充比例，所述临界填充比例为混合粉末通过熔融共混后导电粒子刚好形成联通网络结构的最低导电粒子填充比例。本发明专利技术的柔性太赫兹动态调控材料在应力应变作用下，可动态、高效调控太赫兹波传输特性，在太赫兹开关、调制、传感和成像等领域具有广泛的潜在应用。

Stress driven flexible terahertz dynamic control material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料及其制备方法
本专利技术属于太赫兹波动态调控
，具体来讲，涉及一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料及其制备方法。
技术介绍
太赫兹(THz)波覆盖从红外至微波频段之间的宽带范围，在成像、高速宽带通信、雷达、传感等领域具有广泛应用前景。发展THz开关、调制等动态功能器件是其进一步应用的基础。THz动态调控器件的核心为光电参数动态可调的功能材料，如掺杂半导体、相变材料、液晶、超导材料、以石墨烯为代表的二维材料等。其主要是通过外加电场、激光或变温等条件激发材料，导致其THz传输信号强度动态变化。但是还普遍存在调控效率较低的问题。发展可实现更高THz动态调控效率的功能材料对于该领域发展具有重要意义。另外，目前THz动态调控材料主要为刚性材料。近来，有少量研究提出利用二维材料在应力作用下的电导率变化实现具有柔性的THz波动态调控，但是受限于电导率变化幅度，其调控效率还非常有限。目前，鲜有柔性材料可以实现高效THz动态调控。这限制了THz波在柔性光电器件领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种柔性太赫兹动态调控材料，具有可动态、高效调控太赫兹波传输特性，在太赫兹波的开关、调制、传感和成像等领域具有广泛的潜在应用。本专利技术的一方面提供了一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将高分子弹性体基料和导电粒子按预定比例混合得到混合粉末，控制混合粉末中导电粒子填充的比例大于临界填充比例；加热混合粉末得到熔融共混状态的柔性太赫兹动态调控材料中间体；将熔融共混状态的柔性太赫兹动态调控材料中间体压塑成型，得到柔性太赫兹动态调控材料柔性薄膜；其中，所述临界填充比例为混合粉末在熔融共混后导电粒子刚好形成联通网络结构的最低导电粒子填充比例。在本专利技术的方法的一个示例性实施例中，所述高分子弹性体基料可为有机硅热塑性硫化胶、聚氨酯、硅橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛烯共聚物、烯烃嵌段共聚物中的一种或多种。在本专利技术的方法的一个示例性实施例中，所述导电粒子可为金属导电粒子。在本专利技术的方法的一个示例性实施例中，所述导电粒子填充的比例可以为5～50vol％，导电粒子的粒径可为10nm～10μm。在本专利技术的方法的一个示例性实施例中，所述熔融共混温度可为150～190℃，所述压塑成型的温度可为120～200℃，压塑成型的压力可为5～20MPa。本专利技术的另一方面提供了一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料。所述柔性太赫兹动态调控材料为柔性薄膜，所述柔性薄膜通过将高分子弹性体基料和预定比例的导电粒子混合形成混合粉末后，经熔融共混、压塑成型得到；且所述柔性薄膜在不承受应力或承受第一应力的情况下处于第一太赫兹调控状态，并在承受第二应力的情况下处于第二太赫兹调控状态，所述第一应力不大于柔性薄膜的塑性变形失效临界应力值的5％，所述第二应力不小于柔性薄膜的塑性变形失效临界应力值的25％，所述第一太赫兹调控状态对应于开状态，所述第二太赫兹调控状态对应于关状态。在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，所述柔性薄膜的厚度可以为200～1000μm，且所述柔性薄膜能够在不承受应力的情况下处于第一太赫兹调控状态，并在承受塑性变形失效临界应力值的45～99％的情况下处于第二太赫兹调控状态，所述第一太赫兹调控状态与所述第二太赫兹调控状态能够实现对太赫兹波的调控幅度可不低于90％。在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，所述预定比例大于临界填充比例，所述临界填充比例为混合粉末通过熔融共混后导电粒子刚好形成联通网络结构的最低导电粒子填充比例。在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，所述高分子弹性体基料可以为有机硅热塑性硫化胶、聚氨酯、硅橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛烯共聚物、烯烃嵌段共聚物中的一种或多种，所述导电粒子可以为金属导电粒子。本专利技术的另一方面提供了一种太赫兹动态调控器件，所述太赫兹动态调控器件采用如上所述的基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料来对太赫兹波进行开关调控。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下方面中的一种或多种：1、提供了一种能够通过改变导电粒子的填充比例，调控其在应力作用下的太赫兹波透射强度变化幅度的柔性太赫兹动态调控材料制备方法。2、提供一种柔性太赫兹动态调控材料，应变范围为0～70％，在应力应变作用下相应的电阻率变化幅度达到3～7个数量级，对应的太赫兹波透射强度调控幅度达到0～99％。3、柔性太赫兹动态调控材料外加的不超过塑性变形失效临界应力值的应变卸载时，形状、电性能和太赫兹调控性能特性均可恢复。4、可动态、高效调控太赫兹波传输特性，在太赫兹波开关、调制、传感和成像等领域具有广泛的潜在应用。附图说明图1示出了本专利技术的一个示例性实施例的柔性太赫兹动态调控材料在应变作用下的电阻动态变化特性；图2示出了图1中TPU/Ni(30vol％)柔性太赫兹动态调控材料在0～58.5％应变范围的太赫兹透射时域信号谱图；图3示出了图1中TPU/Ni(30vol％)柔性太赫兹动态调控材料在0～58.5％应变范围的太赫兹透射频域信号谱图。具体实施方式在下文中，将结合示例性实施例和附图来详细说明本专利技术的基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料及其制备方法。在本专利技术的一个示例性实施例中，基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料的制备方法可包括以下步骤：(1)高分子弹性体基料和导电粒子的干燥处理对高分子弹性体基料和导电粒子进行干燥处理，去除高分子弹性体基料和导电粒子中的水分，避免后续高分子弹性体基料和导电粒子熔融共混时基料局部团聚导致混合不均匀。这里，干燥的处理的温度可以为60～90℃，干燥处理的时间可以为12～24h。例如，高分子弹性体基料可以为有机硅热塑性硫化胶、聚氨酯、硅橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛烯共聚物、烯烃嵌段共聚物中的一种或多种。例如，导电粒子为金属导电粒子。具体来讲，导电粒子可以为镍、铁、铜、铝、银、及其合金等金属或合金粉末或颗粒中的一种或多种。(2)制备混合粉末将高分子弹性体基料和导电粒子按预定比例混合得到混合粉末，以控制混合粉末中导电粒子填充的比例大于临界填充比例。其中，所述临界填充比例为混合粉末在熔融共混后导电粒子刚好形成联通网络结构的最低导电粒子填充比例。这里，导电粒子形成联通网络结构后，可为电子传输提供通道，从而降低柔性太赫兹动态调控材料的电阻率。在柔性太赫兹动态调控材料受到应力作用发生应变(或称形变)过程中，其中的导电粒子会进一步彼此接触联通，提供更多联通网络结构，改变柔性太赫兹动态调控材料的电性能，从而达到对太赫兹波的动态调控或开关。这里，当太赫兹波的透射强度为最大值时，可相当于太赫兹波动态调控材料处于“开”的状态；当太赫兹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n将高分子弹性体基料和预定比例的导电粒子混合得到混合粉末；/n加热混合粉末并通过熔融共混得到柔性太赫兹动态调控材料中间体；/n将熔融共混状态的柔性太赫兹动态调控材料中间体压塑成型，得到柔性太赫兹动态调控材料柔性薄膜；/n其中，所述预定比例大于临界填充比例，所述临界填充比例为混合粉末通过熔融共混后导电粒子刚好形成联通网络结构的最低导电粒子填充比例。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将高分子弹性体基料和预定比例的导电粒子混合得到混合粉末；
加热混合粉末并通过熔融共混得到柔性太赫兹动态调控材料中间体；
将熔融共混状态的柔性太赫兹动态调控材料中间体压塑成型，得到柔性太赫兹动态调控材料柔性薄膜；
其中，所述预定比例大于临界填充比例，所述临界填充比例为混合粉末通过熔融共混后导电粒子刚好形成联通网络结构的最低导电粒子填充比例。


2.根据权利要求1所述的基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法，其特征在于，所述高分子弹性体基料为有机硅热塑性硫化胶、聚氨酯、硅橡胶、苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-辛烯共聚物、烯烃嵌段共聚物中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法，其特征在于，所述导电粒子为金属导电粒子。


4.根据权利要求1所述的基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法，其特征在于，所述导电粒子填充的比例为5～50vol％，导电粒子的粒径为10nm～10μm。


5.根据权利要求1所述的基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料制备方法，其特征在于，所述熔融共混温度为150～190℃，所述压塑成型的温度为120～200℃，压塑成型的压力为5～20MPa。


6.一种基于应力驱动的柔性太赫兹动态调控材料，其特征在于，所述柔性太赫兹动态调控材料为柔性薄膜，所述柔性薄膜通过将高分子弹性体基料和预定比例的...

【专利技术属性】
技术研发人员：施奇武，邓华，朱洪富，田可，朱礼国，黄婉霞，傅强，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51