[发明专利]铁酸钬基太赫兹超材料及其制备方法和光学器件

说明书

本发明公开了一种铁酸钬基太赫兹超材料及其制备方法和光学器件，该铁酸钬基太赫兹超材料的制备方法包括以下步骤：(1)按化学计量比称取氧化铁和氧化钬混合形成原料混合物，然后进行第一次烧结，形成铁酸钬基材料；(2)对所述铁酸钬基材料进行成型。本发明利用氧化铁和氧化钬为原料，制备出Ho原子与Fe原子的比例可调的全介质基超材料，能够更灵活地调控太赫兹超材料的振幅和频率，同时也避免了现有使用贵金属超材料导致的电磁波的吸收损耗大的问题。

技术领域

本发明涉及太赫兹超材料技术领域，尤其是涉及一种铁酸钬基太赫兹超材料及其制备方法和光学器件。

背景技术

太赫兹是0.1THz到10THz之间处于远红外和微波波段的一个电磁波段，太赫兹技术在国家安全、航天、生物和国防工业等多种行业都有重要的潜在应用价值。

太赫兹超材料(Terahertz metamaterials)是一种合成仍在发展的新材料，和它相互作用的频率是太赫兹，用来研究材料的频率范围一般定在0.1-10THz。传统的太赫兹超材料由金、铜等贵金属制成。然而，这些贵金属在地球上的资源有限、价格高昂，且金、铜等贵金属制备的超材料会将电磁波的能量转化为热能而形成大量能量损耗，这无法避免的能量损耗与资源有限、价格高昂共同限制了这些贵金属超材料的广泛应用。

铁酸钬基材料是一种复合氧化物型材料，目前有研究采用FeCl₃·6H₂0为铁源、Ho₂O₃为钬源，添加NaOH和NaCl固体作为烧结助剂激活pH调节剂制备铁酸钬HoFeO₃，但是该方法在烧结后需要洗涤以除去其他残余副产物，操作较为繁琐，并且采用铁盐FeCl₃·6H₂0为铁源制备出的材料中Ho原子和Fe原子只能为1:1，无法调控Ho原子与Fe原子的比例，因此若基于该铁酸钬材料制成太赫兹超材料，其振幅和频率可调范围有限，不够灵活，无法满足更灵活的可调需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铁酸钬基太赫兹超材料及其制备方法和光学器件，该铁酸钬基太赫兹超材料中Ho原子和Fe原子比例可调，能够更灵活地调控太赫兹超材料的振幅和频率。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种铁酸钬基太赫兹超材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按化学计量比称取氧化铁和氧化钬混合形成原料混合物，然后进行第一次烧结，形成铁酸钬基材料；

(2)对所述铁酸钬基材料进行成型。

根据本发明的一些实施例，步骤(1)中，所述第一次烧结的温度为800～1100℃。

根据本发明的一些实施例，步骤(1)中，在第一次烧结后，还包括球磨的步骤。

根据本发明的一些实施例，所述球磨的速度为5～5000r/min。

根据本发明的一些实施例，步骤(2)中在成型之前还包括使用粘结剂将所述铁酸钬基材料形成浆料的步骤。

根据本发明的一些实施例，所述粘结剂为聚乙烯醇。

根据本发明的一些实施例，基于所述浆料的质量，所述粘结剂的质量分数为0.01～50％，所述铁酸钬基材料的质量分数为50～99.99％。

根据本发明的一些实施例，步骤(2)具体为：采用3-D直写成型技术对所述铁酸钬基材料进行打印，然后进行第二次烧结。

根据本发明的一些实施例，所述第二次烧结的温度为700～1800℃。