[發明專利]基于均勻石墨烯微滴噴射的3D嵌入式柔性太赫茲超材料微結構制備方法

有效

• 申請號: 201910046284.0
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109849328B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 齊樂華;張蕊蕊;連洪程;羅俊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B29C64/112
• 分類號: B29C64/112;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y80/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種基于均勻石墨烯微滴噴射的3D嵌入式柔性太赫茲超材料微結構制備方法，用于解決現有柔性太赫茲超材料制備方法實用性差的技術問題。技術方案是首先將第一層液態PDMS涂在PET上并置于壓電噴嘴正下方，壓電噴嘴將石墨烯溶液離散成皮升量級的均勻微滴且穩定噴射；其次，在PDMS上分別打印一到三層石墨烯圖案，最終形成封裝的三維嵌入式柔性太赫茲超材料微結構。本發明將均勻微滴噴射技術和嵌入式打印技術引入太赫茲超材料微結構的制備中，可制備三維柔性THz超材料，打印分辨率提高一個量級，實用性好。

技術領域

本發明涉及一種柔性太赫茲超材料制備方法，特別涉及一種基于均勻石墨烯微滴噴射的3D嵌入式柔性太赫茲超材料微結構制備方法。

背景技術

與二維柔性THz超材料相比，三維柔性THz超材料具備工作頻帶寬，吸收率高、極化不敏感等優勢。但是目前常用的微納制造工藝僅適用于制備二維柔性太赫茲超材料微結構，因此難以實現微觀/宏觀的三維跨尺度制造。三維超材料制造工藝手段的缺乏已成為太赫茲超材料尤其是柔性太赫茲超材料創新發展的瓶頸，制約著復雜結構、多功能柔性太赫茲超材料結構器件的實現。

噴墨打印是一種無掩模無接觸式的快速增材制造方法，此方法可實現多種基底上的直接打印，尤其適合柔性器件的制備，已被用于柔性電磁超材料微結構制備中。但是目前噴墨打印制備的柔性超材料均是在基板表面沉積微結構，文獻“Lee,D.,H.Sung andS.Lim,Flexible subterahertz metamaterial absorber fabrication using inkjetprinting technology.Applied Physics B,2016.122(7):p.1-8”中介紹了一種采用噴墨打印制備二維柔性太赫茲超材料的方法，采用柔性聚酰亞胺(PI)為基板，銀納米顆粒溶液為噴墨打印墨水，在柔性聚酰亞胺基板表面沉積預設圖案，蒸發干燥后的十字形銀納米導電微結構的最小線寬為50μm，在0.102THz處實現吸波。該方法是在聚酰亞胺基板表面沉積液滴，低粘度的液滴很難在基板表面形成三維結構，同時液滴在基板表面鋪展形成較大的鋪展直徑使得打印分辨率降低，因此只能在0.075-0.11Thz這一較窄較低的亞太赫茲范圍實現吸波。

發明內容

為了克服現有柔性太赫茲超材料制備方法實用性差的不足，本發明提供一種基于均勻石墨烯微滴噴射的3D嵌入式柔性太赫茲超材料微結構制備方法。該方法首先將第一層液態PDMS涂在PET上并置于壓電噴嘴正下方，壓電噴嘴將石墨烯溶液離散成皮升量級的均勻微滴且穩定噴射；其次，在PDMS上打印第一層石墨烯圖案，打印完畢后對液態PDMS進行加熱烘干；液態PDMS轉變為固態PDMS后在其上涂第二層液態PDMS，打印第二層石墨烯圖案，打印完畢后對液態PDMS進行加熱烘干；在第二層固態PDMS上涂覆第三層液態PDMS后打印第三層石墨烯圖案，對液態PDMS進行加熱烘干；最終形成封裝的三維嵌入式柔性太赫茲超材料微結構。本發明將均勻微滴噴射技術和嵌入式打印技術引入太赫茲超材料微結構的制備中，可制備三維柔性THz超材料，打印分辨率提高一個量級，實用性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種基于均勻石墨烯微滴噴射的3D嵌入式柔性太赫茲超材料微結構制備方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、清洗壓電噴嘴7、輸液管6和儲液器5，清洗時間20-30min，清洗完成后烘干備用；將壓電噴嘴7固定在懸梁8上，通過輸液管6將儲液器5與壓電噴嘴7連通。

步驟二、將石墨烯溶液轉移到儲液器5內，手動擠壓儲液器5，使石墨烯溶液流經輸液管6到達壓電噴嘴7，調節壓電陶瓷驅動器10的輸出脈寬和頻率，調節范圍分別為5-40μs、0.1-10Hz，直至壓電噴嘴7噴射出均一穩定的石墨烯微滴4。

步驟三、將處于粘流態的PDMS涂覆在支撐材料PET上，靜置1h除去內部氣泡后作為液態基板3備用。