[發明專利]陣列碳納米管聚合物復合材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201611178554.6
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106832766B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 李渭龍;黃珊;任兆玉;周譯玄;徐新龍
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/24;G02B5/30
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 王芳

本發明公開了陣列碳納米管聚合物復合材料用于制備太赫茲偏振片，該陣列碳納米管聚合物復合材料為陣列碳納米管表面包覆聚合物層，以及陣列碳納米管聚合物復合材料的制備方法。本發明利用聚合物將碳管進行包覆，有效克制了碳管之間的相互作用和影響，得到僅有碳管本身結構參數決定的太赫茲波段光學響應參數；本發明制備的碳納米管聚合物復合材料太赫茲偏振片，由于聚合物包覆的固化固定，相比純碳管陣列結構更加穩定，制備的器件性能也更穩定，并且加工安全、可自支撐。

技術領域

本發明屬于太赫茲波段的器件技術領域，具體涉及一種基于陣列碳管聚合物復合材料的太赫茲波偏振片的制備方法。

背景技術

碳納米管天然的準一維結構使其具有各向異性的電學、磁學、光學性質，將其作為太赫茲波段偏振和調制器件的主要材料進行研究具有重要的科學意義和實用價值，關于碳納米管太赫茲偏振器件目前國際上有很多報道。Lei Ren等報道了他們制作的藍寶石襯底上高度水平排列單壁碳納米管太赫茲偏振片的研究，結果表明此偏振片在具有良好的起偏效果，在0.2～1.8THz范圍內偏振度接近于1，在1.8THz時消光比為10dB，低于工業上用的線柵結構偏振器的消光比。為了克服較低消光比的缺點，他們后續的研究報道了通過將上述碳管偏振片同方向堆疊多次(3次以上)，就可以得到理想的偏振調制效果：在0.4～2.2THz范圍內偏振度為99.9％，消光比大于30dB(達到工業標準)；Jiscoo Kyoung等報道了他們用機械紡絲的方法在U型聚乙烯框架上纏繞多壁碳納米管，形成厚度可控、水平取向的碳管太赫茲偏振片，此偏振片具有極好的性能，偏振度為99.9％，消光比達到37dB。從上面的幾個例子可以得到，取向的單壁和多壁碳納米管都具有較高的各向異性響應特性，把他們用來做太赫茲偏振材料，其性能似乎沒有太大差別。然而，M.J.Paul等報道了他們利用太赫茲透射橢圓偏振法研究了豎直定向的多壁碳納米管在各個方向上的電導，發現在0.4-1.6THz頻率范圍內平行于碳管方向上的電導約為垂直于碳管方向上電導的2.3倍，遠小于預期值，表現出弱的各向異性，即在垂直于碳管方向上亦存在較強的吸收，他們認為其原因來源于多壁碳管內部相鄰的層與層之間存在載流子傳輸。以上兩個研究都是關于取向多壁碳納米管的太赫茲響應，其結果卻存在較大差異。這種差異是來源于碳管本身結構參數(如直徑、管壁等)的不同，還是來源于碳管間距離影響的管管間相互作用(范德瓦耳斯力)，尚無定論。可見尋找一種新的物質將碳管間的相互作用隔絕顯得尤為重要，目前純碳納米管太赫茲偏振器件還存在一些問題，比如不能進行自支撐，而且碳納米管層與層之間會相互影響，這種材料的結構以及由此制備的器件性能也不穩定等。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種陣列碳管聚合物復合材料的太赫茲偏振片的制備方法，來有效克制碳納米管間的相互作用。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：

陣列碳納米管聚合物復合材料，包括陣列碳納米管，其特征在于：所述的陣列碳納米管表面包覆有聚合物層；

所述的聚合物是指對太赫茲透明的環氧樹脂聚合物，所述的環氧樹脂聚合物由環氧樹脂、十二碳琥珀酸酐、甲基內次甲基四氫苯二甲酸酐和固化劑組成。

陣列碳納米管聚合物復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：制備垂直陣列碳納米管；

步驟二：將步驟一制得的陣列碳納米管置于聚合物溶液中，在40～50℃下培養48h，然后取出聚合物溶液中的陣列碳納米管干燥，即可獲得陣列碳納米管聚合物復合材料。

陣列碳納米管聚合物復合材料的應用，陣列碳納米管聚合物復合材料用于制備太赫茲偏振片。

陣列碳納米管聚合物復合材料太赫茲偏振片的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：制備垂直陣列碳納米管；