PVA材料在THz波段的特性探析

作为一种重要的无毒无公害塑料材料,PVA材料被广泛地应用在科学实验中。因为PVA材料在THz波段具有非常高的透过率,因此这里选择PVA进行薄膜传感实验。薄膜的制备方法为旋涂法,其优点是简单、快速、成膜均匀、光滑,并且可以制备厚度小于10μm的PVA薄膜。旋涂前首先要配制PVA溶液,将PVA颗粒溶解在去离子水中,使其质量分数为10%。为加快溶解速度并保证溶解均匀性,对溶液进行水浴加热,在95℃下用磁力搅拌子搅拌2 h。然后用旋涂仪将溶液旋涂到超材料样品表面。为保证薄膜的均匀度和平整度,这里使用10 000 r/min的转速,旋涂时间为2 min。最后,用轮廓仪对所制薄膜的厚度进行测量。薄膜厚度正是传感实验所关注的待测量,通过增加薄膜层数的方法来增加膜厚。在上一层薄膜彻底固化之后,在其表面再进行一次旋涂,并保证这两层薄膜之间没有气泡。图6.19(b)中展示了一块涂覆有三层PVA膜的样品,从揭起的薄膜一角可以发现其均匀且透明。(www.xing528.com)

在进行薄膜传感实验之前,首先对PVA材料在THz波段的电磁性质进行实验测试。PVA薄膜仅有数微米厚,而THz波的波长则为数百微米量级,波长远远大于样品厚度,这种情况下由薄膜样品引入的相位延迟太小,无法用常规太赫兹时域光谱测量折射率的方法对其进行准确测量。这里使用PVA溶液凝固形成的固块样品来进行测量,将其两端切削平整,其厚度为1.86 mm。实验测量得到的折射率谱如图6.21(a)所示,在0.2~1.1 THz频带内,PVA的折射率处于1.59~1.60,伴有小幅的色散。图6.21(b)所示为PVA的吸收系数,在1 THz以下区间均小于5 cm-1。