【技術實現步驟摘要】
本申請涉及自驅動相變光電傳感器件領域，具體是基于相變材料的自驅動光電超材料衰減器和自驅動實時太赫茲超材料光譜調制器。
技術介紹
1、超材料光電器件可以依靠外場調控而改變電磁波傳播過程中的強度、幅值、頻率等特性，這一特性使得超材料在光電器件的設計與應用中展現出巨大的潛力。超材料是一類新的人工電磁材料，由亞波長級單元陣列組成，不同的陣列結構會產生不同的電磁響應。可以通過設計幾何結構和尺寸實現滿足特別頻段要求的光子諧振器件。這種設計可以使超材料的等效介電常數和等效磁導率等電磁特性變得可調可控，獲得與組成材料或自然界中其他材料完全不同的電磁響應特性。典型的超材料由實現負介電常數和負磁導率的結構單元構成，主要包括金屬線和開口環諧振器等單元結構。但由于其性能受制于單元結構參數，其在調控電磁波方面仍存在著工作帶寬較窄以及無法實時調控等問題。目前實現超材料對電磁波幅值，相位等的實時調控特性是學術界和產業界研究的熱點。
2、相變材料因為具有涵蓋了從紫外到微波的廣闊頻段的介電與光學的各向異性，并且其指向矢分布及性質對所施加的外場如光場、電場、磁場等的變化有著靈敏的反應。所以可以對各頻段電磁波的強度、頻移、幅值等性質作出調制，是不可多得的可實現調控功能的光電功能材料，經常用于制備光電器件。此外，聚合物分散液晶相變材料(pdlc)是相變材料與聚合物混合而成的一種材料，由于其獨有的電控光開關特性，所以可以廣泛應用于智能顯示和窗口等領域。
3、而摩擦納米發電機(teng)由于有著集成度高，使用壽命長，環境友好等獨特的優點為光電器件的
技術實現思路
1、本申請的目的在于提供基于相變材料超材料的自驅動光信號衰減器和基于r-teng的自驅動集成實時太赫茲超材料相變材料調制器，驗證其具有良好的輸出性能和頻譜可調諧特性，可以有效解決上述背景中存在的問題。
2、為了實現上述目的，本申請采取了如下技術方案：
3、一種基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其包括超材料光信號衰減器和實時太赫茲超材料調制器，其特征在于，所述超材料光信號衰減器包括：第一相變材料模塊、第一超材料模塊、摩擦納米發電機teng模塊；
4、所述第一相變材料模塊制備方式包括：首先采用兩片2cm*3cm的聚對苯二甲酸乙二醇酯pet-氧化銦錫ito膜作為透明電極，采用厚度為50um，寬度為5mm的聚酰亞胺(pi)膠帶將四周環繞粘貼制備相變材料盒；其次將配置好的相變材料e7和光固化聚合物noa65以8:2的質量比混合并攪拌，將配置好的相變材料e7混合物置于恒定溫度為60℃的加熱臺上，加熱半個小時后，通過滴管將相變材料混合物轉移至pet-ito基底上，再用另一片pet-ito錯位覆蓋，并用95mw/cm2的紫外燈照射15分鐘使其固化；
5、所述第一超材料模塊制備方式包括：清洗干凈的襯底上先沉積一層氧化鋁，再在氧化鋁層上沉積一層氮化硅，緊接著旋涂電子束負光刻膠，通過電子束光刻以及刻蝕工藝制備光匯聚整形超材料模塊；超材料陣列由100nm，150nm，200nm，250nm和300nm的納米孔構成；
6、所述摩擦納米發電機teng模塊制備方式包括：基底、電極層、正摩擦層以及負摩擦層；采用靜電紡絲工藝制備尼龍6納米纖維膜構建摩擦層納米材料，將30mm*30mm的鋁膜附著到50mm*50mm的聚甲基丙烯酸甲酯pmma基底中心作為電極，將紡絲制備的尼龍膜貼敷到鋁膜上；然后將具有與鋁膜相同尺寸的海綿粘合到另一pmma基材上作為緩沖層，隨后將聚全氟乙丙烯fep膜粘合到鋁膜上；最后，通過彈簧將兩個pmma基板連接，以形成垂直接觸分離摩擦納米發電機cs-teng。
7、優選地，所述第一相變材料模塊在外界激勵條件下產生相變，對透過其的電磁波產生調制效果。
8、優選地，所述第一相變材料模塊包括液晶、vo2，ge2sb2te5系材料。
9、優選地，所述第一超材料模塊有匯聚透鏡的特性。
10、優選地，所述cs-teng包括正負摩擦電極，緩沖層，電極層，上下電極間通過彈簧連接。
11、優選地，所述實時太赫茲超材料調制器包括：第二相變材料模塊、第二超材料模塊、旋轉摩擦納米發電機r-teng模塊；
12、所述第二相變材料模塊制備方式包括：使用相變材料5cb制備聚合物分散液晶，采用pet基的單層石墨烯薄膜作為透明電極，再利用厚度為50um，寬度為5mm的pi膠帶隔離出添加聚合物分散液晶混合物的器件區；其次取用250mg的相變材料5cb和62.5mg的noa65完全混合并搖勻，將配置好的聚合物分散液晶混合物置于恒定溫度為60℃的加熱臺上，加熱半個小時后，通過滴管將聚合物分散液晶混合物轉移至pet基的單層石墨烯薄膜上，再用另一片pet基的單層石墨烯薄膜錯位覆蓋，并用95mw/cm2的紫外燈照射15分鐘使其固化；
13、所述第二超材料模塊包括六種不同的超材料陣列，分別是單元間距為120μm的十字對稱形表面結構陣列、十字非對稱形表面結構陣列、單開口環表面結構陣列、雙開口環表面結構陣列，以及單元間距為100μm間距的單開口環表面結構陣列和雙開口環表面結構陣列；
14、所述旋轉摩擦納米發電機r-teng模塊包括基底、電極層、正摩擦層以及負摩擦層；該所述旋轉摩擦納米發電機r-teng模塊的定子和轉子用于收集旋轉運動過程中產生的機械能；其中定子由18對平行排列的扇形銅電極構成，所述銅電極是通過印刷電路板pcb技術制造，并在銅電極上覆蓋了一層0.1mm厚的云母片薄膜作為介電層；轉子則選用亞克力板作為基材，轉子上的18對扇葉由聚四氟乙烯ptfe和聚酰亞薄膜制作而成。
15、優選地，所述模塊2為液晶5cb。
16、優選地，所述旋轉摩擦納米發電機r-teng模塊采用電負性相差較大的云母片薄膜和ptfe膜作為摩擦材料。
17、與現有技術相比，本申請具有以下有益效果：
18、(1)針對匯聚整形超材料的可見光光強實時調制需求，專利技術并實現了一種基于teng自驅動相變材料衰減器的器件模型，通過靜電紡絲尼龍膜提升teng的輸出性能以便更有效的驅動相變材料衰減器，通過自驅動相變材料衰減器在不同電場下的響應狀態，對該超材料進行了實時的光強調制。
19、(2)專利技術了將r-teng自驅動相變材料與太赫茲超材料系統集成，實現了對太赫茲波的自驅動實時調控。在r-teng的結構做出改進提升其輸出性能的基礎上，將聚合物分散相變材料與不同表面結構的超材料集成設計，揭示了r-teng機輸出交變電場對超材料相變材料的作用機理，并成功實現了對特定太赫茲頻段的頻率、幅值進行了實時自驅動主動調諧。
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1.一種基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其包括超材料光信號衰減器和實時太赫茲超材料調制器，其特征在于，所述超材料光信號衰減器包括：第一相變材料模塊、第一超材料模塊、摩擦納米發電機TENG模塊；
2.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述第一相變材料模塊在外界激勵條件下產生相變，對透過其的電磁波產生調制效果。
3.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述第一相變材料模塊包括液晶、VO2，Ge2Sb2Te5系材料。
4.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述第一超材料模塊有匯聚透鏡的特性。
5.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述CS-TENG包括正負摩擦電極，緩沖層，電極層，上下電極間通過彈簧連接。
6.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于，所述實時太赫茲超材料調制器包括：第二相變材料模塊、第二超材料模塊、旋轉摩擦納米發電機R-TENG模塊；
7.根據權利
8.根據權利要求6所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述旋轉摩擦納米發電機R-TENG模塊采用電負性相差較大的云母片薄膜和PTFE膜作為摩擦材料。
...【技術特征摘要】
1.一種基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其包括超材料光信號衰減器和實時太赫茲超材料調制器，其特征在于，所述超材料光信號衰減器包括：第一相變材料模塊、第一超材料模塊、摩擦納米發電機teng模塊；
2.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述第一相變材料模塊在外界激勵條件下產生相變，對透過其的電磁波產生調制效果。
3.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述第一相變材料模塊包括液晶、vo2，ge2sb2te5系材料。
4.根據權利要求1所述的基于自驅動集成相變材料的傳感裝置，其特征在于：所述第一超材料模塊有匯聚透鏡的特性。
【專利技術屬性】
技術研發人員：李修函，秦勇，張楚國，牛子豪，郝逸君，朱霄鵬，盧向前，毛旭，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：
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