聚合物分散纳米材料复合膜的制备及其在太赫兹波段的光学特性研究

摘要

太赫兹波是介于微波和红外波段之间，波长范围在3mm(0.1THz)到30μm(10THz)的电磁波。该波段处于宏观电子学向微观光子学的过渡区域，不仅在基础科学方面有着广泛应用，而且在安检、成像、医学、通讯、军事等领域具有无穷的发展潜力。太赫兹波段的各种功能器件如滤波器、波导、光纤谐振腔、开关、反射器等的研究与太赫兹技术的发展紧密相关。光子晶体是一种介电常量周期性变化的结构，一定频率电磁波无法通过这样的结构，即存在光子禁带。而光子禁带恰为制作太赫兹功能器件提供了理论基础。聚偏氟乙烯(PVDF)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)这两种材料在太赫兹波段吸收很小，具有良好的成膜性，耐化学性、耐摩擦性、耐腐蚀性、耐辐照性和耐热性等优点。本文分别以PVDF和PMMA为基质，将纳米尺寸的TiO2、ZrO2、Si粉分别以不同的比例掺杂在其中，制备了聚合物分散纳米材料复合膜，并研究了各种膜在太赫兹波段的光学特性。主要工作如下:
　　第一章主要介绍太赫兹波的产生、探测和太赫兹波的特点以及在各领域的应用情况;光子晶体的特点以及太赫兹反射器的研究现状。
　　第二章介绍太赫兹时域光谱技术和几种提取材料光学参数的方法。
　　第三章主要介绍复合膜的制备和表征。选取PVDF和PMMA及纳米尺寸的TiO2、ZrO2和Si颗粒为原料，通过旋涂法制备出PVDF膜、PMMA膜和TiO2、ZrO2和Si以不同比例掺杂的TiO2∶PVDF、ZrO2∶PVDF、Si∶PVDF、TiO2∶PMMA和ZrO2∶PMMA五种聚合物复合膜，并通过扫描电镜观察其形貌。
　　第四章利用太赫兹时域透射光谱系统获得了PVDF膜、PMMA膜和TiO2∶PVDF、ZrO2∶PVDF、Si∶PVDF、TiO2∶PMMA和ZrO2∶PMMA五种聚合物复合膜在太赫兹波段的时域透射谱，根据透射谱提取了这些介质膜在太赫兹波段内的折射率和消光系数。由所得材料的光学参数模拟计算了结构为Si/[HL]nH（其中H分别表示高折射率材料，L表示低折射率材料）的介质膜系的反射光谱。
　　第五章为全文总结。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 太赫兹波的概述

1．1．1 太赫兹波的产生及探测

1．1．2 太赫兹波的特点及应用

1．2 光子晶体

1．2．1 光子晶体简介

1．2．2 光子晶体特性

1．3 太赫兹反射器的研究现状

2 太赫兹时域光谱技术及材料光学参数的提取

2．1 太赫兹时域光谱技术

2．2 光学参数提取方法

2．2．1 透射式太赫兹时域光谱技术

2．2．2 反射式太赫兹时域光谱技术

2．2．3 有衬底时透射式与反射式太赫兹时域光谱技术

2．2．4 差分式太赫兹时域光谱技术

3 聚合物分散纳米材料复合膜的制备和表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与材料

3．2．2 实验仪器与设备

3．3 聚合物分散纳米材料复合膜的制备

3．3．1 溶液的配制

3．3．2 薄膜的制备

3．4 聚合物分散纳米材料复合膜的表征

4 实验结果及分析

4．1 实验结果

4．2 光学参数的提取

4．3 多层介质膜的反射理论

4．4 一维光子晶体反射器反射谱模拟

5 全文总结和展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢