[发明专利]基于均匀石墨烯微滴喷射的3D嵌入式柔性太赫兹超材料微结构制备方法

说明书

本发明公开了一种基于均匀石墨烯微滴喷射的3D嵌入式柔性太赫兹超材料微结构制备方法，用于解决现有柔性太赫兹超材料制备方法实用性差的技术问题。技术方案是首先将第一层液态PDMS涂在PET上并置于压电喷嘴正下方，压电喷嘴将石墨烯溶液离散成皮升量级的均匀微滴且稳定喷射；其次，在PDMS上分别打印一到三层石墨烯图案，最终形成封装的三维嵌入式柔性太赫兹超材料微结构。本发明将均匀微滴喷射技术和嵌入式打印技术引入太赫兹超材料微结构的制备中，可制备三维柔性THz超材料，打印分辨率提高一个量级，实用性好。

技术领域

本发明涉及一种柔性太赫兹超材料制备方法，特别涉及一种基于均匀石墨烯微滴喷射的3D嵌入式柔性太赫兹超材料微结构制备方法。

背景技术

与二维柔性THz超材料相比，三维柔性THz超材料具备工作频带宽，吸收率高、极化不敏感等优势。但是目前常用的微纳制造工艺仅适用于制备二维柔性太赫兹超材料微结构，因此难以实现微观/宏观的三维跨尺度制造。三维超材料制造工艺手段的缺乏已成为太赫兹超材料尤其是柔性太赫兹超材料创新发展的瓶颈，制约着复杂结构、多功能柔性太赫兹超材料结构器件的实现。

喷墨打印是一种无掩模无接触式的快速增材制造方法，此方法可实现多种基底上的直接打印，尤其适合柔性器件的制备，已被用于柔性电磁超材料微结构制备中。但是目前喷墨打印制备的柔性超材料均是在基板表面沉积微结构，文献“Lee,D.,H.Sung andS.Lim,Flexible subterahertz metamaterial absorber fabrication using inkjetprinting technology.Applied Physics B,2016.122(7):p.1-8”中介绍了一种采用喷墨打印制备二维柔性太赫兹超材料的方法，采用柔性聚酰亚胺(PI)为基板，银纳米颗粒溶液为喷墨打印墨水，在柔性聚酰亚胺基板表面沉积预设图案，蒸发干燥后的十字形银纳米导电微结构的最小线宽为50μm，在0.102THz处实现吸波。该方法是在聚酰亚胺基板表面沉积液滴，低粘度的液滴很难在基板表面形成三维结构，同时液滴在基板表面铺展形成较大的铺展直径使得打印分辨率降低，因此只能在0.075-0.11Thz这一较窄较低的亚太赫兹范围实现吸波。

发明内容

为了克服现有柔性太赫兹超材料制备方法实用性差的不足，本发明提供一种基于均匀石墨烯微滴喷射的3D嵌入式柔性太赫兹超材料微结构制备方法。该方法首先将第一层液态PDMS涂在PET上并置于压电喷嘴正下方，压电喷嘴将石墨烯溶液离散成皮升量级的均匀微滴且稳定喷射；其次，在PDMS上打印第一层石墨烯图案，打印完毕后对液态PDMS进行加热烘干；液态PDMS转变为固态PDMS后在其上涂第二层液态PDMS，打印第二层石墨烯图案，打印完毕后对液态PDMS进行加热烘干；在第二层固态PDMS上涂覆第三层液态PDMS后打印第三层石墨烯图案，对液态PDMS进行加热烘干；最终形成封装的三维嵌入式柔性太赫兹超材料微结构。本发明将均匀微滴喷射技术和嵌入式打印技术引入太赫兹超材料微结构的制备中，可制备三维柔性THz超材料，打印分辨率提高一个量级，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于均匀石墨烯微滴喷射的3D嵌入式柔性太赫兹超材料微结构制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、清洗压电喷嘴7、输液管6和储液器5，清洗时间20-30min，清洗完成后烘干备用；将压电喷嘴7固定在悬梁8上，通过输液管6将储液器5与压电喷嘴7连通。

步骤二、将石墨烯溶液转移到储液器5内，手动挤压储液器5，使石墨烯溶液流经输液管6到达压电喷嘴7，调节压电陶瓷驱动器10的输出脉宽和频率，调节范围分别为5-40μs、0.1-10Hz，直至压电喷嘴7喷射出均一稳定的石墨烯微滴4。

步骤三、将处于粘流态的PDMS涂覆在支撑材料PET上，静置1h除去内部气泡后作为液态基板3备用。