无模直写3D打印制备外场调控太赫兹光子晶体研究

发布时间：2020-06-03 21:08

【摘要】：太赫兹(THz)波是指频率为:0.1 THz-10 THz,波长范围为:30 μm-3 mm的电磁波,其波段在电子波谱上介于已经发展相当成熟的毫米波和红外中间,太赫兹波具有兼有微波和光波的“双重特性”,即类似微波的穿透能力和类似光波的方向性,相对于其他波段的电磁波具有非常强的互补特征。与微波、毫米波相比,THz探测技术可以获得更高的分辨率,具有突出的抗干扰能力和独特的反隐身能力;与激光相比,THz技术具有视场范围宽、搜索能力好、适用于恶劣气象条件等优点。在太赫兹技术范畴中,太赫兹源和太赫兹检测技术发展已经取得很大进展,许多技术指标甚至已经接近理论极限;但是太赫兹功能器件发展相对缓慢。光子晶体是一种光子带隙的周期性介质超材料结构,光子晶体的光子带隙特性可以方便的操控电磁波的传播。为了实现对THz波段的调控,光子晶体的尺寸要与THz波相当,实现该尺度光子晶体的尺寸的制备,传统加工的方式难以满足。我们采用无模直写3D打印技术,来构筑亚微米到毫米尺寸范围内的光子晶体结构,相比于其他的3D打印技术,无模直写3D打印技术可以同时兼容多种材料,实现生物材料、陶瓷材料、硅胶材料以及多种材料同时打印;具有其他3D打印技术无可比拟的优势。本论文以无模直写3D打印技术为基础,首先对对该技术的打印成型理论进行了系统性研究,并进一步采用该技术,制备柔性可调的THz光子晶体,发展新型的4D打印光子晶体结构,开发了双材料打印光子晶体技术,为多材料的THz功能器件制备提供可能性。首先对无模直写3D打印技术的多种浆料体系的系统分析。阐述了基于溶胶凝胶浆料体系直写打印的研究现状和流体力学分析模型,并指对于直写打印浆料来说,大部分浆料都具有剪切稀化特性,该特性使得浆料可以更加顺畅的从针头挤出;并指出现有的分析方法的不足:没有综合考虑浆料的弹性模量G,和粘性模量G"随剪切应力的变化关系;并进一步阐述了无模直写3D打印浆料的最根本特点是弹性模量G,和粘性模量G"在浆料从针头挤出之后会发生粘弹逆变。研究了三种具有代表性的浆料成型机理:PDMS1700浆料为剪切应力致粘弹逆变体系浆料;PLA浆料为溶剂挥发致粘弹逆变浆料;二氧化钛溶胶凝胶浆料为化学反应致粘弹逆变浆料。其次,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅胶和纳米钛酸钡(BaTiO_3)为基础,制备了不同比例的BaTiO_3/PDMS复合浆料,并以此浆料为基础,打印了多种结构的THz光子晶体。采用平面波展开法研究了该结构参数的光子晶体的能带结构随介质棒间距d,介质棒周期高度A和折射率之差An的变化特征。研究了不同BaTiO_3含量,不同介质棒间距d和不同层数对的光子晶体带隙结构的影响规律,并采用时域有限差分法对光子带隙结构透射谱进行模拟计算。当对该光子晶体施加拉伸力场的时候,光子带隙位置随着拉伸率的增加向低频移动;当施加扭转作用的时候,光子带隙随着扭转角度的增加,带隙深度先逐渐增加,又逐渐变浅消失。通过外加力场,实现了对光子晶体带隙的调控。再次,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅胶和铁粉(Fe)为基础,制备了Fe/PDMS复合浆料,并以此浆料为基础,结合无模直写打印技术开发了新型的4D打印技术;该技术制备的三维结构,能够在外加激励磁场的作用下,实现三维结构随时间变化。同时,我们将该技术用于THz波段光子晶体的制备,实现了对光子晶体在外加磁场作用下,结构随时间的变化,同时实现了光子晶体带隙在外加磁场作用下的非接触式调控。最后,为无模直写技术制备多材料的THz功能器件进行了探索性研究。以双材料无模直写打印技术为基础,采用BaTiO_3和PDMS硅胶混合浆料制备了40 wt%和10 wt%双复合材料耦合光子晶体,并研究双材料耦合对于THz光子晶体带隙的影响。该双材料打印技术,将为3D打印制备多材料耦合的THz功能器件提供理论可能性。
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安检,光谱特性,指纹,图像

藏物品进行穿透衣物探测和高分辨力成像识［１８＿２４］。另外，太赫兹波在浓烟、沙尘逡逑环境中传输损耗很少，是火灾救护、沙漠救援、战场寻敌等复杂环境中成像的理逡逑想光源。图１．２是ＴＨｚ成像图，左侧为实电路板实物图，右侧为ＴＨｚ成像图（所逡逑使用的ＴＨｚ波长是６００哗，频率是０．６ＴＨｚ）＾，从图中可以看出，小于一个毫逡逑米的铜焊点可以被显示出来，且埋在电路板中间的铜线路可以被探测到，由此说逡逑明ＴＨｚ对塑料是透明的，且具有较高的分辨率。逡逑１，邋ａｒｂ．邋ｕｎｉｔｓ逡逑１邋（）匾邋ｎ＇ｇ胃，夬邋ｐｗ—一逦厂＂■＿＊—１１１１１＂］邋ｗａｒｎ邋１．＂逡逑ｉ邋ｍ邋ｉｎ邋ｉｉｉｐｍ逦｝Ｊ邋■逡逑ｌｏｓ逡逑＿６邋ｎ：：邋ＵＨｆ邋ｖ邋ｍ邋：邋ｖ逡逑°０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２邋０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２邋．邋；逦０ｄ逡逑ｊｃ，ｍｍ逦ｘ，ｍｍ逦Ｕ逡逑Ｉ邋ｉ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｂ邋Ｌ－邋＾逦ｉ邋Ｊ邋＿００逡逑＂０逦２逦４逦６逦８逦１０邋０逦２逦４逦６逦８逦１０逡逑ｘ

海洛因,麻黄碱,咖啡因

逦第１章邋绪论逦逡逑化学性质分析等。基于对蛋白质基因特性等的研究，可建立起ＴＨｚ生物分子诊逡逑断技术，可以利用ＴＨｚ提取ＤＮＡ的重要信息［４】，为植物特别是农业选中提供新逡逑的研究手段；利用高分子的特殊频谱信息，图１．４显示了海洛因、麻黄碱、咖啡逡逑因、氯胺酮等毒品的指纹图谱，可以清楚地看到，，他们的峰位完全不一样。借助逡逑于ＴＨｚ技术，可以为缉毒反恐排爆等提供理论和探测技术逡逑Ｓ邋ｕ邋１１邋＊邋１逦，邋，邋Ｉ．．．．＂■■邋＂ｆ＂＂＂邋－邋Ｉ邋＂１逦５邋＂邋＂邋？邋＂＂＂１ｉ邋＇■邋邋邋邋邋邋邋邋ｒｌ邋Ｖ逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O734

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