一种纸基超材料及其制备方法

本申请涉及人工电磁超材料，具体涉及一种纸基超材料及其制备方法。

背景技术：

1、多孔石墨烯纳米材料具备独特的物理和化学性质，在生物、材料、能源、信息等领域有巨大潜在应用，受到了全世界的广泛关注。然而，多孔石墨烯的合成通常采用高温处理或多步骤的化学合成方法，工艺复杂，且难以形成图案化结构。

2、美国学者提出了激光诱导石墨烯技术，用以实现低成本的图案化多孔石墨烯结构。激光诱导石墨烯技术是一种在普通大气环境中使用激光器在碳前体材料上进行直接激光写入制备三维多孔石墨烯材料的技术。该技术将三维石墨烯的制备和图案化进行了结合，并且不需要传统的湿化学步骤，降低了生产成本。该技术自问世以来就激起了人们的研究兴趣，人们对激光诱导石墨烯的形成机制以及其在能源、传感、环境等领域的应用进行了探究。

3、纸张中的纤维素是优秀的碳前体，同时多孔石墨烯结构具有很高的载流子迁移率，近些年来而在纸上进行激光诱导石墨烯已经有成功的案例。因此基于激光诱导石墨烯在纸基上制作超表面将有很大的研究价值和应用价值。

4、纸基超材料是一种以纸张为介质基底的超材料，与常见的通过pcb工艺制备的超材料相比，纸基超材料具有重量轻、厚度薄、可折叠、易共形等特点，且制备过程不产生废水，十分清洁环保，因此在许多领域具有独特的优势。目前制备纸基超材料的主要方法是喷墨打印，即用含有导电墨水的喷墨打印机在纸张上打印出电磁结构。由于制备过程只需要纸张、打印机和导电墨水，因此纸基超材料的制备过程不会产生废水，十分清洁环保。

5、然而喷墨打印工艺精度依赖于自动绘图仪，并且为了实现导电性需要搭配使用含银浆的墨水。但自动绘图仪的最小线宽在0.1mm左右，导致超表面的相应频率最高在10ghz左右。如果要设计出适用于更高频段的超表面，需要减小线宽提高精度。因此，亟需一种精度更高、可制备更高频段的纸基超材料的制备方法。

技术实现思路

1、为了解决本领域存在的上述不足，本申请旨在提供一种纸基超材料及其制备方法。

2、根据本申请的一方面，提供一种纸基超材料的制备方法，包括：

3、对纸基材料进行防火处理；

4、用飞秒激光对防火处理后的纸基材料进行诱导石墨烯；

5、对诱导石墨烯后的纸基材料进行图案化，得纸基超材料；

6、其中，所述飞秒激光的参数为900k-1m重频，功率为125-150mw。

7、根据本申请的一些实施例，所述飞秒激光的参数为900k重频，功率为125mw。

8、根据本申请的一些实施例，对纸基材料进行防火处理包括：

9、用阻燃剂处理所述纸基材料。

10、根据本申请的一些实施例，所述阻燃剂选自：聚磷酸铵或磷酸氢二铵。

11、根据本申请的一些实施例，所述纸基材料包括：牛皮纸、滤纸或nomex绝缘纸。

12、根据本申请的另一方面，还提供一种上述制备方法制备的纸基超材料，所述纸基超材料的应用频率为0.2～1.2thz。

13、与现有技术相比，本申请至少包括如下有益效果：

14、本申请提供一种纸基超材料的制备方法，将难以控制的纸基的激光诱导石墨烯制备为超表面材料；同时，本申请利用飞秒激光器配合高精度加工台，显著提高纸基超材料的精度，因此可以应用在更高的频段。

15、本申请方法制备的纸基超材料，其加工精度可以达到1μm，同时最小线宽可以在50μm左右。

16、本申请制备的纸基超材料，以纸为原料既可以做为基底也作为诱导石墨烯的碳前体，不需要使用导电墨水就可以实现导电性；同时纸也具有再生性，有利于环保。

技术特征：

1.一种纸基超材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述飞秒激光的参数为900k重频，功率为125mw。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对纸基材料进行防火处理包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂选自：聚磷酸铵或磷酸氢二铵。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纸基材料包括：牛皮纸、滤纸或nomex绝缘纸。

6.一种权利要求1-5任一所述制备方法制备的纸基超材料，其特征在于，所述纸基超材料的应用频率为0.2～1.2thz。

技术总结
本申请公开一种纸基超材料及其制备方法，包括：取纸基材料进行防火处理；用飞秒激光对防火处理后的纸基材料进行诱导石墨烯；对诱导石墨烯后的纸基材料进行图案化，得纸基超材料；其中，所述飞秒激光的参数为900k‑1M重频，功率为125‑150mw。本申请利用飞秒激光器配合高精度加工台，显著提高纸基超材料的精度，因此可以应用在更高的频段。

技术研发人员：尤睿,高树桐,卞晓蒙,赵晓光,邢文强
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21