一种具有射频介电近零性能的PVA/Fe2O3@CNTs柔性薄膜及制备方法和用途与流程

本发明涉及介电近零材料，具体领域为一种具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜、制备方法和用途。

背景技术：

1、近年来，人们对具有逆切伦科夫效应、负折射率、表面等离子体效应等独特电磁特性的超材料进行了大量的研究，这些超材料在完美吸收、信息存储、拓扑相位、全光计算等方面具有新颖的应用前景。作为超材料的新兴前沿，介电近零(enz)材料因其近零介电常数赋予的电磁特性而吸引了研究人员越来越多的兴趣。

2、enz材料中的传播波可以表现出几乎为零的相变和无限的相速度，这有助于电磁波的任意控制。在这种情况下，enz材料可以对电磁波进行调制，从而可以方便地操纵能量通量的流动和分布。enz特性还可以产生电磁波的隧道效应，并提供一种在纳米尺度上调整波与物质相互作用的新方法。因此，enz材料有望带来变革性技术，特别是在边界电磁效应、定向电磁辐射、隐形斗篷、超透镜、可穿戴电子设备、完美吸波体等领域。

3、目前，enz特性主要是通过三个基本机制来实现的：波导机制、光子晶体的能带结构机制和有效介质机制。基于波导机制，金属波导等enz材料在截止波长(例如1017nm)下实现。在能带结构机制中，介电光子晶体能够在狄拉克点(如1590nm)实现enz特性。基于有效介质理论，enz特性(如400至800nm)也可以通过设计金属-介电材料，金属提供负介电常数，电介质提供正介电常数来实现。显然，基于上述三种机制，enz特性通常在太赫兹、红外和可见频率范围内观察到。值得注意的是，考虑到大多数电子装置和设备通常在射频范围内运行，射频下的enz特性不容忽视。事实上，射频enz材料可以设计成射频器件或与射频器件结合以提高其性能。因此，如何实现射频enz成为了本领域研究中的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜及制备方法和用途，通过制备聚乙烯醇(pva)/三氧化二铁@碳纳米管(fe2o3@cnts)薄膜，首次得到了射频下生物相容性的enz材料。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)fe2o3@cnts的制备

5、称取cnts，将其浸入浓硝酸溶液中，并在140℃下回流；然后用去离子水离心cnts直至中性；然后将分离的cnts冷冻干燥；

6、将六水氯化铁溶解在丙酮中以制备fe前体；将冻干的cnts倒入fe前体溶液中，搅拌，超声处理，然后干燥；

7、然后将混合物放入管式炉中，在空气气氛中以1℃/min加热至140℃，然后保温，将产物用去离子水洗涤，然后冷冻干燥，制得fe2o3@cnts；

8、(2)pva/fe2o3@cnts柔性薄膜的制备

9、将pva粉末溶解在去离子水中并在95℃下搅拌，然后将fe2o3@cnts添加到溶液中以获得均匀的悬浮液；将混合物在60℃烘箱中干燥，制备出柔性pva/fe2o3@cnts薄膜；其中，所述fe2o3@cnts的质量分数为30wt％。

10、本发明制备的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜中，三氧化二铁@碳纳米管的含量达到了30wt％，该薄膜在15.2mhz实现了介电近零，并实现了100％的入射电磁波吸收，可在隐形斗篷或可穿戴设备中得到广泛应用。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、(1)在射频频率上，本发明首次成功制备了一种生物相容性和宽频的enz材料。本发明将绝缘fe2o3纳米颗粒原位限制在cnts通道内(fe2o3@cnts)，降低了载流子密度，将等离子体频率降低到射频。

13、(2)本发明首次从天然材料(pva/fe2o3@cnts薄膜)而不是人工构建的超材料中，实现了射频波段(15.2mhz)的完美吸收，即对入射波100％的吸收。

14、(3)本发明制备的enz薄膜表现出优异的生物相容性和良好的柔韧性，在隐形斗篷和可穿戴医疗设备技术中显示出巨大的潜力，为设计多功能超材料奠定了理论基础和指导。

技术特征：

1.一种具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为，称取5g cnts，将其浸入200ml浓硝酸溶液中，并在140℃下回流14h；后用去离子水离心cnts直至中性，将分离的cnts冷冻干燥12小时，使cnts能够通过具有开放尖端的羰基进行功能化；将5mmol六水氯化铁溶解在250ml丙酮中以制备fe前体；将冻干的cnts倒入fe前体溶液中，搅拌1小时，超声处理4小时，然后干燥；将混合物放入管式炉中，在空气气氛中以1℃/min加热至140℃，然后保温10h；将产物用去离子水洗涤3次，然后冷冻干燥24小时，制得fe2o3@cnts。

3.根据权利要求2所述的具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为，将1g pva粉末溶解在去离子水中并在95℃下搅拌3小时，然后将0.44g fe2o3@cnts添加到溶液中以获得均匀的悬浮液；将混合物在60℃的烘箱中干燥12小时后，制备出pva/fe2o3@cnts柔性薄膜；其中，所述fe2o3@cnts的质量分数为30wt％。

4.权利要求1-3任一所述制备方法制得的具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜。

5.权利要求4所述具有射频介电近零性能的pva/fe2o3@cnts柔性薄膜在可穿戴医疗设备或隐身斗篷中的应用。

技术总结本发明涉及介电近零材料技术领域，尤其是一种具有射频介电近零性能的PVA/Fe2O3@CNTs柔性薄膜及制备方法和用途。本发明方法成功制备了聚乙烯醇(PVA)/三氧化二铁@碳纳米管(Fe2O3@CNTs)薄膜，首次制备得到了射频下生物相容性的ENZ材料。本发明将绝缘Fe2O3纳米颗粒原位限制在CNTs通道内(Fe2O3@CNTs)，降低了载流子密度，将等离子体频率降低到射频。在实现ENZ的频率上(15.2MHz)实现了对入射电磁波100％的吸收，并且该薄膜表现出良好的生物相容性和柔韧性，在隐形斗篷和可穿戴医疗设备技术中显示出巨大的潜力。技术研发人员：戚媛媛,吴海坤,于兆衍,范润华,孙凯受保护的技术使用者：山东省公共卫生临床中心技术研发日：技术公布日：2024/9/9