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【学术聚焦】我校在织物太赫兹手性人工超构材料方面取得重大进展

通讯员:朱维来源:电子电气学院 科技处 阅读:发布时间:2022-03-02审稿:王良波

2022年2月26日,材料领域国际顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials,影响因子30.894)在线发表我校电子电气学院汪胜祥教授团队在织物人工超构材料领域取得的重要进展,利用传统纺织工艺结合人工微纳结构制备出新型光电子设备—“TerahertzChiralMetamaterialsEnabled byTextileManufacturing”。文章DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202110590。武汉纺织大学为该论文的第一作者单位和第一通讯单位。这是我校首次以第一单位在该期刊发表论文。

人工超构材料是一种由亚波长结构阵列组成的周期性人工电磁材料,由于其高效、灵活的特性迅速成为调控电磁波的优秀媒质。结合太赫兹波穿透性、低能性以及特征指纹性等自身优异特性,太赫兹人工超构材料在生物医疗、材料检测、安全监测以及成像/显示与信息加密等领域具有重要应用前景。然而,传统人工超构材料受限于微纳加工手段,无法制备大面积集成式光电子器件,使其在应用方面受到极大限制。

新型织物太赫兹超构材料示意图

研究团队提出了一种新型复合编织式太赫兹手性光电子器件。首先,用绕线机将金属铜丝(直径约为60微米)沿剥离外包层的裸光纤(直径约为140微米)绕制,形成具有微米级螺距的螺旋结构作为构成人工超构材料的基本单元结构。该螺旋结构同时作为后续纺织工艺的纬线。进而,利用传统纺织技术以涤纶线为经线将制备好的人工单元结构纬线编织成超构材料样品。在本项工作中,利用两步纺织制造方法实现了大面积具有微米特征尺寸的超构材料样品制备,并且制备出的器件在太赫兹波段表现出强手性选择性和显著光学活性。更重要的是,本项目打破传统太赫兹超构材料需要复杂光刻工艺来制备的禁锢,是一次利用低成本的传统纺织技术突破电磁超构材料研究领域高制备成本的成功尝试。以此工作为基础,后续通过建立新型纺织制备技术与人工电磁超构材料之间的联系,实现从幅值、相位以及极化等多自由度对电磁波的灵活操控。该项工作体现出的先进设计理念给超构材料的发展开辟了新的思路,并展现了基于织物的超构材料在实现集成式微纳米光电子件方面的巨大潜力。

该项工作得到了国家自然科学基金(51302196, 51773158)、纺织新材料与先进加工技术省部共建国家重点实验室项目(ZDSYS201711)等资助。

【相关链接】https://doi.org/10.1002/adma.202110590

武汉纺织大学电子电气学院2018级硕士研究生王鹏、2020级硕士研究生胡锐为论文共同第一作者,汪胜祥教授为通信作者,宾夕法尼亚州立大学合作者康雷博士和D. H. Werner教授为论文共同通信作者。

汪胜祥教授团队近年在人工微纳结构实现多维度光场操控方面取得了一系列创新性成果,已在领域高质量期刊Nature Communications, Advanced Materials, Applied Physics Letters, Optics Express, APL Materials, Journal of Applied physics, Scientific Reports等发表了系列研究成果。

编辑:周晶
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