[发明专利]一种具有梯度调制幅度的太赫兹调制材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有梯度调制幅度的太赫兹调制材料及其制备方法，该制备方法通过将高导电性金属微纳粉体与低粘度聚合物粉体混合密炼处理后，再经粉碎处理得到金属/低粘度聚合物复合粉体，将其与可热塑加工用高粘度聚合物超细粉体混合后在模具具有一定倾斜长度和倾斜角度的放置条件下热固化成型，即得具有梯度调制幅度的太赫兹调制材料。该太赫兹调制材料通过其制备过程中金属微纳粉体的梯度分布密度，从而在同一材料上实现梯度分布的太赫兹调制强度，后期通过测试即可得到所需固定强度的太赫兹调制位点，既实现了太赫兹调制功能，同时具有操作简单、成本较低的特点，所制得太赫兹调制材料可达到强度幅值为0.2～0.8的太赫兹波调制。

技术领域

本发明属于太赫兹调制技术领域，涉及一种具有梯度调制幅度的太赫兹调制 材料及其制备方法。

背景技术

太赫兹波覆盖了从微波到红外光谱区域(30～3000μm)的宽带宽，在成像、 高带宽通信、雷达等领域具有巨大的应用前景。动态太赫兹器件的发展是应用的 基础，包括开关，调制以及相移等。这些功能通常而言是通过掺杂半导体、液晶、 二维材料、钙钛矿和相变材料等具有可控光学或电学参数的功能材料实现。

太赫兹强度调制器作为操纵太赫兹信号传输系统的一个关键部件，其相关研 究对太赫兹科学和技术的进一步应用具有重大意义。由于天然材料对太赫兹波段 的电磁响应非常微弱，难以实际应用于调制太赫兹波，因而相较于太赫兹发射和 探测技术的飞速发展，太赫兹调制技术却显得进展缓慢。太赫兹波传输过程中需 要的太赫兹滤波器，调制器，开关等各种功能器件的研究仍然较为薄弱。

现已有的太赫兹强度调制器主要有两种，电控调制器和光控调制器。目前基 于硅等半导体，二氧化钒等相变材料等电控和光控太赫兹强度调制器都存在较多 缺点：一、电控太赫兹强度调制器的谐振回路具有较大的电容和串联电阻，通放 电需要一定的时间延迟，导致其调制器的调制速度相对较慢；且在电控太赫兹波 调制器的上下表面都需要导电电极(例如导电硅等)实现电控调制器。电极有自 由电子，会吸收太赫兹波，从而引入插入损耗，影响太赫兹调制效率；二、硅半 导体和二氧化钒材料中光生载流子的迁移速率慢且光生载流子寿命时间长(大约 为微秒级量级)，因此，基于硅半导体和二氧化钒材料的电控和光控调制器限制 了太赫兹波的调制速度，使其调制速度慢；三、硅半导体和二氧化钒等调制器的 调制带宽窄。综合来看，现有的太赫兹强度调制器的调制速度、调制带宽都不能满足太赫兹研究的要求，有待提高。

高聚物作为一种广泛应用的基体材料，具有力学性能强，使用寿命长等优点， 通过将金、银、金属或镍等电导率较高的材料填充进入高聚物基材中，改变高聚 物本身的导电网络，从而导致复合材料的导电性能动态调谐。由于太赫兹波对介 质的电导率非常敏感，所以这种导电聚合物复合材料的太赫兹传输振幅会被动态 调整。因此，它可以为灵活的太赫兹智能设备提供巨大的潜力，而不需要集成额 外的金属结构。

但是，对于太赫兹强度调制器而言，如何稳定得到所需固定强度的太赫兹调 制波是其根本目的，金属/高聚物基混合材料虽然同样具备太赫兹调制功能，但 其调制强度的精准度及一致性表现非常差，即便采用同一工艺，不同批次制备出 的金属/高聚物基调制板的调制强度都会因制备工艺中误差与自然随机因素产生 偏差。另一方面，其调制强度通常是无法通过制备所得成品的测试数据，从而反 向去推理得到其它调制强度的制备工艺条件，这就使得为了得到固定强度的太赫 兹调制效果，需要通过大量的重复性工艺条件实验操作，虽然材料本身成本较低， 但探索工艺条件的成本过高，因而现有技术中未见利用金属/高聚物基混合材料 制备太赫兹调制材料的相关报道。

若能够解决上述问题，可以预料到将大幅降低太赫兹波调制器的生产成本， 极大地推动太赫兹波的相关研究展开。

发明内容