[发明专利]一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器以及制作方法

说明书

本发明公开了一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器，包括自下而上依次贴合设置的聚合物衬底层和碳纳米管薄膜层形成的双层结构，碳纳米管薄膜层上刻蚀有若干周期性的超材料单元结构，超材料单元结构中心开设有矩形槽结构，矩形槽结构在碳纳米管薄膜层上也呈周期性排列。本发明还公开了一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器的制作方法。本发明性CNTs太赫兹超材料传感器当器件受到很小的外部应变时，谐振频率和振幅调制可以连续调节，可以达到调制THz辐射的目的。

技术领域

本发明属于柔性太赫兹功能器件技术领域，具体涉及一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器，本发明还涉及一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器的制备方法。

背景技术

超材料是精心构造的人工材料，通常由各种周期性排列的亚波长结构阵列组成，可以以独特的方式操纵电磁波。根据现有的报告，大多数的太赫兹超材料是在刚性衬底上制备的(如硅、蓝宝石)。然而，人们对可以包裹在物体上的柔性超材料有很大的需求，除了柔性基板具有高透明度、轻量化、低成本和便携性等优点外，非平面柔性超材料比在刚性基板上制成的超材料具有更多潜在的应用前景。例如，开发隐形设备，可以附着在曲面上作为应变传感器，可以覆盖在曲面上作为缺陷检测传感器，也可以用作柔性分析物传感器。虽然目前有一些关于柔性THz超材料的研究，但是，这些研究大部分都集中到了基于柔性聚合物衬底的贵金属基THz超材料。据报道，碳纳米管(CNTs)的最大抗拉强度接近200GPa，杨氏模量在500～600GPa范围内，是目前强度最高的材料。CNTs具有超强的柔韧性，可以弯曲成大角度而不发生断裂。与金属基超材料的亚波长结构相比，金属的光学常数调谐性有限，CNT薄膜可以作为制造柔性THz超材料的潜在候选材料，从而扩大柔性THz超材料的应用范围。自1991年由Iijima发现以来，CNTs表现出优异的电学和光学性能，激发了其在光电子学和THz科学与技术领域的独特应用。然而，柔性CNTs太赫兹超材料的研究还极为少见，特别是作为传感器应用领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器，当器件受到很小的外部应变时，谐振频率和振幅调制可以连续调节，可以达到调制THz辐射的目的。

本发明的另一目的是提供一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器的制作方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器，包括自下而上依次贴合设置的聚合物衬底层和碳纳米管薄膜层形成的双层结构，碳纳米管薄膜层上刻蚀有若干周期性的超材料单元结构，超材料单元结构中心开设有矩形槽结构，矩形槽结构在碳纳米管薄膜层上也呈周期性排列。

本发明第一技术方案的特点还在于，

矩形槽结构为半圆的长条形槽结构，超材料单元结构x方向和y方向的周期用p_x和p_y表示，p_x：p_y最小为0.89，p_x：p_y最大为1，矩形槽结构水平和竖直方向上的尺寸分别为a和b，a:b最小为0.32，a:b最大为0.5。

碳纳米管薄膜层的厚度为5～20μm，聚合物衬底层为聚酰亚胺PI，聚合物衬底层厚度为5～100μm，介电常数为2～5。

本发明所采用的第二技术方案是，一种柔性CNTs太赫兹超材料传感器的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、清洗聚合物衬底正反面后置于干净的玻璃片上，无尘环境中烘干处理；

步骤2、分散剂溶液的制备：溶剂为去离子水，分散剂为十二烷基硫酸钠SDS溶解至去离子水中，溶解过程中保持匀速搅拌；

步骤3、将CNTs粉末加入步骤2所制备的分散液中，然后，取体积不超过2/3的CNTs溶解液在大功率条件下采用分步超声方法从而达到充分分散的目的，超声时间为0.5～1h，所得即为CNTs分散体；