基于MXene的太赫兹屏蔽材料研究

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随着时代的发展,太赫兹技术逐渐进入人们的视野,并受到了社会各界的广泛关注和重视。由于太赫兹波拥有良好相干特性、强穿透性能、低辐射能量和宽频带特性等诸多优势,在无线通信、安检成像、国防安全等方面表现出了非常巨大的前景。并且,随着科技的发展,对质量轻、厚度薄、带宽大,吸收高、屏蔽强的太赫兹屏蔽材料的要求也在日益提高。然而目前大多数的太赫兹屏蔽材料都存在厚度较厚、质量较重、表面反射较强、吸收强度较弱、屏蔽带宽较窄其中一个或者几个缺点。根据以上背景,本论文开展了大宽带、高吸收、强屏蔽的以吸收为主的太赫兹屏蔽材料的研究,其具体研究结果如下:首先,本论文分析和讨论了了基于PS球的多孔MXene薄膜的太赫兹屏蔽材料。通过真空抽滤后退火去除PS球的方式制备了基于PS球的多孔MXene薄膜太赫兹屏蔽材料,厚度仅有数微米。接着通过性能测试证明了基于PS球的多孔MXene薄膜在0.3-1.65THz频率范围内,总电磁屏蔽效能为43.71d B、具有较高的吸收率(高达98.7%),较低反射率(低至0.95%),有力证实了基于PS球的多孔Ti3C2薄膜是一种以吸收为主的太赫兹屏蔽材料。然后,为了能够降低MXene的反射率提高吸收率,我们利用冷冻干燥的方法将MXene分散液和LA133粘结剂混合制备了一种基于3D打印的MXene基尖劈状太赫兹屏蔽材料。这种材料具有较轻的质量密度、超高的吸收率、简单的制作工艺等优点。我们用CST软件对材料进行了建模并仿真确定了尖劈状材料的尺寸参数。通过实验对比得到尖劈状MXene在0.3-1.65THz频率范围内,仅为5.9mm的厚度下,实现了高达99.97%的超高吸收率、低至0.0218%极低反射率和最高可达到66.31d B总电磁屏蔽效能。有效证实了我们制备的尖劈状MXene是一种以吸收为主的太赫兹屏蔽材料。最后,为了进一步改善尖劈状MXene太赫兹屏蔽材料易破碎的缺点,我们利用真空抽滤的方法将MXene分散液和LA133粘结剂的混合溶液与三维多孔HTL树脂材料结合,制备了一种基于3D打印的三维多孔MXene聚合物太赫兹屏蔽材料。这种太赫兹屏蔽材料具有较轻的密度、超高吸收率、简单的制作工艺的同时还兼具硬度大不易破碎的优点。通过对比不同厚度和不同MXene纳米片负载量两个变量,最终表明在0.2THz~1THz频率范围内,厚度仅为2mm,孔径为500μm的三维多孔MXene聚合物材料可以实现高达99.86%超高吸收率,低至0.129%的极低反射率和高达50.61d B的总电磁屏蔽效能。
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