[发明专利]一种基于MXene的太赫兹波宽带超强吸收泡沫

说明书

一种基于MXene的太赫兹波宽带超强吸收泡沫，属于电磁功能材料技术领域。包括聚合物多孔泡沫，以及附着于聚合物多孔泡沫之上的MXene纳米片，其中，MXene纳米片以包覆形态、成膜形态和悬挂形态附着于多孔聚合物泡沫上，多孔聚合物泡沫的平均孔径≥500μm，多孔聚合物泡沫的厚度≤10mm，MXene纳米片填充质量小于吸收泡沫质量的50％。本发明利用MXene二维纳米片的超高导电性和在水溶液中的高分散性，通过与表面功能化的聚合物多孔泡沫复合，形成了兼顾大孔径和大吸收面积的三维网络结构，实现了0.3～1.65THz范围内高达99.99％以上的超高吸收率和低至0.00003％的极低反射率。

技术领域

本发明属于电磁功能材料技术领域，涉及电磁波吸收结构，具体涉及一种基于MXene的太赫兹波宽带超强吸收泡沫。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)波是指频率在0.1THz～10THz范围内的电磁波，波长在3mm～30μm之间。由于太赫兹波具有频谱资源丰富、光子能量低、相干性好、超宽带等许多优良特性，在雷达探测、安检成像、无损检测、生物传感以及即将到来的6G通信等方面显示出了巨大的应用潜力。随着太赫兹实际应用的快速发展，对高性能太赫兹波吸收材料的需求日益增强，尤其在雷达探测、电磁屏蔽、无线通信、测试仪器性能提升等方面都迫切需要大带宽、高吸收强度(99％)的太赫兹吸收材料。例如，在太赫兹成像和通信的收发两端，均需要太赫兹吸波材料来大量减少旁瓣辐射或杂波；在太赫兹准光测试系统中，也需要太赫兹吸波材料来降低背景噪声，从而提高测试精度；更重要的是，在未来的雷达探测技术中，太赫兹吸波材料可以减少雷达散射截面(RCS)，进而赋予太赫兹系统以隐身的特性。最后，太赫兹吸波材料还可以显著降低周围环境的电磁辐射，对于提高环境质量、保障人们健康也是极为重要的。因此，宽带、高吸收效率以及低成本的太赫兹吸收材料对太赫兹技术的发展和应用有着重要的实际意义。

广义地说，电磁波吸波材料分为共振型吸波材料和宽带吸波材料两种。共振型吸波材料主要利用特定的人工结构在某一频点上与入射电磁波通过谐振效应来实现阻抗匹配，从而降低电磁波反射，同时利用电阻层或者反射层来降低透射，以此实现较高的电磁吸收。2008年，文献“H.Tao et al,A metamaterial absorber for the terahertz regime:design,fabrication and characterization,Optics Express,16:7181-7188,2008”公开的一种由电磁超材料构成的太赫兹吸收器就是共振型吸收材料的典型代表，其在1.3THz频点上的吸收强度达70％。在太赫兹波段，绝大多数的凝聚态物质对太赫兹波缺乏有效的电磁损耗和响应，使得太赫兹吸收材料主要是采用这种谐振型人工电磁结构。不过，谐振型吸收本质上是一种窄带吸收，适用于选择性、可调谐的太赫兹吸收场景。由于电磁超材料拥有极强的设计灵活性，通过复杂的单元结构设计、多单元组合以及多层堆叠等技术，也可以实现多频和一定带宽的太赫兹吸收材料。但是这需要精细的材料设计和复杂的微细加工技术，大面积制备非常困难，成本高昂，也很难同时实现大带宽、高吸收、大角度吸收、极化不敏感、可压缩和可弯曲等综合性能，不利于商业化的推广应用。