[發明專利]一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器以及制作方法

有效

• 申請號: 202110271325.3
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113155161B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 張向;王玥;張曉菊;周韜;陳素果;惠寧菊;紀衛莉
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王敏強

本發明公開了一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器，包括自下而上依次貼合設置的聚合物襯底層和碳納米管薄膜層形成的雙層結構，碳納米管薄膜層上刻蝕有若干周期性的超材料單元結構，超材料單元結構中心開設有矩形槽結構，矩形槽結構在碳納米管薄膜層上也呈周期性排列。本發明還公開了一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器的制作方法。本發明性CNTs太赫茲超材料傳感器當器件受到很小的外部應變時，諧振頻率和振幅調制可以連續調節，可以達到調制THz輻射的目的。

技術領域

本發明屬于柔性太赫茲功能器件技術領域，具體涉及一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器，本發明還涉及一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器的制備方法。

背景技術

超材料是精心構造的人工材料，通常由各種周期性排列的亞波長結構陣列組成，可以以獨特的方式操縱電磁波。根據現有的報告，大多數的太赫茲超材料是在剛性襯底上制備的(如硅、藍寶石)。然而，人們對可以包裹在物體上的柔性超材料有很大的需求，除了柔性基板具有高透明度、輕量化、低成本和便攜性等優點外，非平面柔性超材料比在剛性基板上制成的超材料具有更多潛在的應用前景。例如，開發隱形設備，可以附著在曲面上作為應變傳感器，可以覆蓋在曲面上作為缺陷檢測傳感器，也可以用作柔性分析物傳感器。雖然目前有一些關于柔性THz超材料的研究，但是，這些研究大部分都集中到了基于柔性聚合物襯底的貴金屬基THz超材料。據報道，碳納米管(CNTs)的最大抗拉強度接近200GPa，楊氏模量在500～600GPa范圍內，是目前強度最高的材料。CNTs具有超強的柔韌性，可以彎曲成大角度而不發生斷裂。與金屬基超材料的亞波長結構相比，金屬的光學常數調諧性有限，CNT薄膜可以作為制造柔性THz超材料的潛在候選材料，從而擴大柔性THz超材料的應用范圍。自1991年由Iijima發現以來，CNTs表現出優異的電學和光學性能，激發了其在光電子學和THz科學與技術領域的獨特應用。然而，柔性CNTs太赫茲超材料的研究還極為少見，特別是作為傳感器應用領域。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器，當器件受到很小的外部應變時，諧振頻率和振幅調制可以連續調節，可以達到調制THz輻射的目的。

本發明的另一目的是提供一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器的制作方法。

本發明所采用的第一技術方案是，一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器，包括自下而上依次貼合設置的聚合物襯底層和碳納米管薄膜層形成的雙層結構，碳納米管薄膜層上刻蝕有若干周期性的超材料單元結構，超材料單元結構中心開設有矩形槽結構，矩形槽結構在碳納米管薄膜層上也呈周期性排列。

本發明第一技術方案的特點還在于，

矩形槽結構為半圓的長條形槽結構，超材料單元結構x方向和y方向的周期用p_x和p_y表示，p_x：p_y最小為0.89，p_x：p_y最大為1，矩形槽結構水平和豎直方向上的尺寸分別為a和b，a:b最小為0.32，a:b最大為0.5。

碳納米管薄膜層的厚度為5～20μm，聚合物襯底層為聚酰亞胺PI，聚合物襯底層厚度為5～100μm，介電常數為2～5。

本發明所采用的第二技術方案是，一種柔性CNTs太赫茲超材料傳感器的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、清洗聚合物襯底正反面后置于干凈的玻璃片上，無塵環境中烘干處理；

步驟2、分散劑溶液的制備：溶劑為去離子水，分散劑為十二烷基硫酸鈉SDS溶解至去離子水中，溶解過程中保持勻速攪拌；

步驟3、將CNTs粉末加入步驟2所制備的分散液中，然后，取體積不超過2/3的CNTs溶解液在大功率條件下采用分步超聲方法從而達到充分分散的目的，超聲時間為0.5～1h，所得即為CNTs分散體；