[发明专利]一种力场调控的太赫兹波柔性光学窗口及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种力场调控的太赫兹波柔性光学窗口及其制备方法和应用，属于太赫兹波应用技术以及力学传感器领域，该方法结合3D打印技术与柔性材料设计，将具有不同介电性质的陶瓷粉末与有机物母体材料按一定配比调配成浆料，该浆料通过3D打印技术可打印成具有不同密堆结构的太赫兹波柔性光学窗口。该柔性光学窗口在力场调控下可实现对不同波段的太赫兹的选择性透过，克服了原有太赫兹光学窗口一旦成型其光学特性无法改变的缺点，特别地，该太赫兹柔性光学窗口还可以作为一种力学传感器。

技术领域：

本发明涉及太赫兹波应用技术以及力学传感器技术领域，具体涉及一种力场调控的太赫兹波柔性光学窗口及其制备方法和应用。

背景技术：

太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03mm 到3mm范围，介于微波与红外之间。太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。

以往的太赫兹波光学窗口一旦制备成型之后，其光学特性就被定型，无法针对现实应用中不同检测对象做出探测频率的调整，制约着太赫兹探测技术。因此，具有光学特性可调的太赫兹波光学窗口的制备将会是太赫兹波技术发展的一个重要研究方向。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种力场调控的太赫兹波柔性光学窗口及其制备方法和应用，本发明结合3D打印技术与柔性材料设计，将具有不同介电性质的陶瓷粉末与有机物母体材料按一定配比调配成浆料，该浆料通过3D打印技术可打印成具有不同密堆结构的太赫兹波柔性光学窗口。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：

一种力场调控的太赫兹波柔性光学窗口的制备方法，该方法首先将具有介电性质的陶瓷粉末与有机物母体材料混合均匀配制成3D打印浆料；然后将3D 打印浆料通过3D打印技术打印成具有不同密堆结构的太赫兹波柔性光学窗口；再经固化成型后获得所述力场可调的太赫兹波柔性光学窗口。

所述3D打印浆料中，具有介电性质的陶瓷粉末所占比例为1-90wt.％。

所述3D打印浆料中，所述具有介电性质的陶瓷粉末为二氧化钛、钛酸钡、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、碳化钛、碳化钨、钛酸钙和二氧化钼中的一种或几种；所述有机物母体材料为PDMS系列硅胶、翻模硅胶或玻璃密封硅胶。

所述3D打印过程中，通过控制针头直径和打印间距打印成不同密堆结构，可采用两种方式：采用相同直径的针头，打印间距从100-2000微米形成密堆结构；或者采用不同直径的针头，打印相同间距形成密堆结构。

本发明方法具体包括如下步骤：

(1)3D打印浆料配制：将陶瓷粉末按比例加入到有机物母体材料中，混合均匀后获得3D打印浆料，该浆料要满足剪切稀化特性和满足损失模量G”＜存储模量G’，以保证浆料在挤出之后能够保持形状；

(2)3D打印：将步骤(1)所得浆料采用挤出型3D打印机打印成密堆结构；该过程包括依次进行的设置密堆结构打印路径、浆料装到3D打印机的料筒中以及按照密堆结构路径打印成密堆结构；

(3)固化成型：将步骤(2)打印好的密堆结构进行固化成型处理，处理温度30-80℃，处理时间2-8小时，即获得所述力场可调的太赫兹波柔性光学窗口。

利用上述方法制备的柔性光学窗口在力场调控下能够实现对不同波段的太赫兹波选择性透过。该柔性光学窗口可作为一种力学传感器使用。

本发明具有以下优点和有益效果：

本发明制备的柔性光学窗口在力场调控下可实现对不同波段的太赫兹波的选择性透过，克服了原有太赫兹光学窗口一旦成型其光学特性无法改变的缺点，特别地，该太赫兹柔性光学窗口还可以作为一种力学传感器。