一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料，包括聚二甲基硅氧烷柔性衬底，位于所述柔性衬底上的金属纳米线光栅，以及介于金属纳米线光栅和所述柔性衬底之间的二氧化硅层。进一步还公开了该柔性导电复合金属纳米线光栅材料的制备方法。本发明专利技术克服了普通的太赫兹金属光栅结构通常缺乏柔性且光频透过率较低的缺点，对太赫兹、红外与可见光超宽带具有高光学透过率的同时还具有良好的导电性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料及其制备方法
本专利技术属于光栅系统
，具体涉及一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料及其制备方法。
技术介绍
随着微纳加工技术和人工超构材料研究的兴起，使得人们可以实现金属结构对电磁波的宽带透射，研究表明一维金属光栅结构可以对横磁模太赫兹波实现宽带的高透射，并且由于其使用的金属材料使其能够导电，在通电的情况下也能够保证电磁波的宽带高透过率。但是由于目前一维太赫兹光栅结构使用的是金属材料，导致其在可见光透过率比较低，柔性也不好，而在实际应用中，对光栅类光学器件有着多种多样的需求，因此，需要提供一种可实现可见-红外-太赫兹波段超宽带透明的柔性导电光栅材料，这种材料也会有较大的潜在应用价值。
技术实现思路
为了克服普通的太赫兹金属光栅结构通常缺乏柔性且光频透过率较低的缺点，本专利技术提出一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料，对太赫兹、红外与可见光超宽带具有高光学透过率的同时还具有良好的导电性。进一步还公开了该及柔性导电复合金属纳米线光栅材料的制备方法。具体技术方案如下：方案一：一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，包括聚二甲基硅氧烷柔性衬底，位于所述柔性衬底上的金属纳米线光栅，以及介于金属纳米线光栅和所述柔性衬底之间的二氧化硅层。作为一种优选方案，所述金属纳米线光栅为银纳米线光栅。作为一种优选方案，所述银纳米线光栅中的银纳米线直径为100～300nm。作为一种优选方案，所述金属纳米线光栅的周期为30-3000微米，其中，光栅的槽宽与所述周期的比例为5％-60％。作为一种优选方案，所述金属纳米线光栅中纳米线的覆盖率为18％～63％。作为一种优选方案，所述柔性衬底的厚度为10～100微米。作为一种优选方案，所述二氧化硅层的厚度为0.5～5um。方案二：一种制备柔性导电复合金属纳米线光栅材料的方法，用于制备方案一及其优选方案所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，包括以下步骤：步骤1、在太赫兹金属光栅模板上滴加金属纳米线乙醇分散液，经旋涂、烘干，形成至少一层金属纳米线光栅结构；步骤2、将具有金属纳米线光栅结构的太赫兹金属光栅模板在恒温箱内以200～300℃加热2～3小时；步骤3、在所述金属纳米线光栅结构上滴加二氧化硅乙醇分散液，再经旋涂和烘干后，在金属纳米线光栅结构上形成二氧化硅层；步骤4、将质量比为20：1～5：1的聚二甲基硅氧烷和固化剂混合液滴加到所述二氧化硅层表面，得到聚二甲基硅氧烷/二氧化硅气凝胶/金属纳米线结构，待将其固化处理后从太赫兹金属光栅模板上剥离，得到金属纳米线-聚二甲基硅氧烷复合结构；步骤5、在所述复合结构的光栅四周镀上金属电极，得到柔性导电复合金属纳米线光栅材料。作为一种优选方案，所述步骤3中，所述二氧化硅乙醇分散液的溶质为气相纳米二氧化硅，所述气相纳米二氧化硅的含量为2-10％。作为一种优选方案，所述步骤1和步骤3中，烘干温度为20～60℃，烘干时间为5～30分钟。作为一种优选方案，所述步骤4中，固化温度为60～100℃，固化时间为1～2小时。本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术公开的柔性导电复合金属纳米线光栅材料为透明的柔性可折叠材料，在可见-红外-太赫兹波段超宽带具有高透过率，具有良好的导电性能，且在通电时仍能保持稳定的光学性质，能适用更多的应用领域。2)采用太赫兹金属光栅模板旋涂金属纳米线，可以获得完整均匀的金属纳米线光栅结构，从而保证在太赫兹波段的高透过率。3)采用二甲基硅氧烷作为金属纳米线光栅的衬底材料，具有良好的柔性，即使弯折后通电都可以保证可见光和红外波段的高透过率。4)采用银纳米线作为光栅制备材料，具有优异的光电性能，室温成膜条件与低熔点柔性衬底具有良好的相容性，制备工艺简单、成本低。5)本专利技术提供的柔性导电复合金属纳米线光栅材料制备方法使用压印工艺，采用简单的设备(例如，甩胶台和烘干机)即可制作，工艺操作简单、安全无毒，实现成本较低，具有广泛的应用前景和推广价值。附图说明图1为柔性导电复合金属纳米线光栅材料的结构示意图；图2为柔性导电复合金属纳米线光栅材料的制备工艺流程图，其中：上面一排为正视图，下面一排为侧视图；图3为柔性导电复合金属纳米线光栅材料的实物图；图4为导电复合金属纳米线光栅材料在不同电压下可见-红外-太赫兹波段的透过率示意图，其中：(a)、(b)、(c)分别为加0毫安、20毫安和50毫安电流下可见波段样品的透过率，图(d)、图(e)、图(f)分别为加0毫安、20毫安和50毫安电流下红外波段样品的透过率，(g)、(h)、(i)分别为加0毫安、20毫安和50毫安电流下太赫兹波段样品的透过率；附图标注：1-银纳米线光栅，2-二氧化硅薄膜层，3-聚二甲基硅氧烷柔性衬底，4-太赫兹金属光栅模板。具体实施方式本专利技术在传统一维太赫兹金属光栅的基础上，采用柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为衬底，以金属纳米线作为光栅的制备材料，即采用复合金属纳米线代替现有技术中块体的金属原材料。在制作工艺上，首先是利用太赫兹金属光栅模板制备银纳米线光栅结构，然后直接将聚二甲基硅氧烷涂覆于银纳米线光栅结构上，制得金属纳米线-聚二甲基硅氧烷复合结构后再剥离得到柔性导电复合金属纳米线光栅材料。其中，聚二甲基硅氧烷是一种高分子有机硅化合物，具有光学透明性和生物相容性，制作工艺快速而简便，实施例中采用薄膜状的聚二甲基硅氧烷作为基底材料，还具有良好的柔性。考虑到银纳米线具有优异的光电性能，透过率和导电率均较高，原料材料成本也相对较低，其制备工艺一般采用快速且低成本的液相法，且室温成膜条件与低熔点柔性衬底具有良好的相容性，以下实施例优选银纳米线作为光栅的制备材料。结合图1所示，实施例1公开一种透明的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其包括聚二甲基硅氧烷柔性衬底3、形成于聚二甲基硅氧烷柔性衬底3上的银纳米线光栅1、以及介于银纳米线光栅1和聚二甲基硅氧烷柔性衬底3之间的二氧化硅薄膜层2。其中，所述金属纳米线光栅的周期为30-3000微米，光栅槽宽与光栅周期的优选比例为5％-60％，具体可根据需要响应的波段进行设计。其中，银纳米线光栅中银纳米线的覆盖率优选18％～63％。通常，覆盖率越高，会导致太赫兹光透过率提高，导电率提高，但是可见光透过率降低；反之，则会导致太赫兹透过率降低，导电率降低，可见光附近的透过率升高。因此，可根据具体的应用需求设计银纳米线的覆盖率以及对应的制作工艺。其中，聚二甲基硅氧烷柔性衬底3可以是10～100微米。柔性衬底太薄会使得最终制得的光栅材料因为厚度过薄而容易损坏，且制备的工艺难度也相对更高，因此需要选择一个相对合适的衬底厚度。其中，二氧化硅薄膜层2的厚度约为微米量级，例如0.5～5um。这里覆盖二氧化硅薄膜层2主要是用于实现银纳米线光栅1和聚二甲基硅氧烷柔性衬底3的结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，包括聚二甲基硅氧烷柔性衬底，位于所述柔性衬底上的金属纳米线光栅，以及介于金属纳米线光栅和所述柔性衬底之间的二氧化硅层。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，包括聚二甲基硅氧烷柔性衬底，位于所述柔性衬底上的金属纳米线光栅，以及介于金属纳米线光栅和所述柔性衬底之间的二氧化硅层。


2.如权利要求1所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，所述金属纳米线光栅为银纳米线光栅。


3.如权利要求1所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，所述银纳米线光栅中的银纳米线直径为100～300nm。


4.如权利要求1所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，所述金属纳米线光栅的周期为30-3000微米，其中，光栅的槽宽与所述周期的比例为5％-60％。


5.如权利要求1所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，所述金属纳米线光栅中纳米线的覆盖率为18％～63％。


6.如权利要求1所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，所述柔性衬底的厚度为10～100微米。


7.如权利要求1所述的柔性导电复合金属纳米线光栅材料，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度为0.5～5um。


8.一种制备柔性导电复合金属纳米线光栅材料的方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至7任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭茹雯，范仁浩，王京，王牧，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32