对太赫兹波屏蔽机制的新见解

在iScience杂志上作为预证明的一项研究中，与缺乏纳米级超材料相比，覆盖有还原氧化石墨烯（rGO）和纳米级太赫兹超材料的银（Ag）纳米线显示出显着改善的太赫兹屏蔽效率。

研究：通过纳米探测研究了极端石墨烯-银纳米线表面的有效太赫兹屏蔽性能。图片来源：Neon_dust/Shutterstock.com

太赫兹（THz）波的屏蔽是太赫兹电磁波（EM）领域的一个重要问题，最近在安全和通信领域引起了很多兴趣。

为什么太赫兹屏蔽很重要？

采用太赫兹的系统已成为一种具有广泛用途的前瞻性技术，包括无绳传输、无损检测、生物监测、光谱学、扫描和安全。

由于太赫兹频谱涉及非电离照射并且是非破坏性的，因此最近作为非破坏性监视技术以及作为高速链路的芯片间和芯片内传输而受到关注。

亚太赫兹频率（100 GHz – 1 THz）尤其构成了下一代移动连接频谱，这是由于在线技术的快速扩展以及对大带宽和极高数据速度的需求，在很远的距离上高达每秒TB。

随着实施变得越来越多样化，以及用于有效生成、动态传感和有源调节的光子或电子设备的进步，屏蔽的概念正迅速变得重要起来。在保护波导免受外部电磁源的不良破坏时，这一点尤其明显。

对于高效的太赫兹电磁干扰屏蔽，到目前为止已经提出了几种含有导电组分薄片的复合涂层，如石墨烯，碳纳米管，MXenes和金属纳米线（NWs）。

图1. rGO/SSN薄膜的制造和实测特性 （A） 采用rGO薄膜在Au纳米槽芯片上的SSN制造工艺示意图。（B）具有rGO薄膜结构的银纳米线的扫描电子显微镜（SEM）图像。插图显示了烧结后的连接过程。（C） 用于rGO/SSN薄膜表面轮廓的原子力显微镜（AFM）图像;黑线表示厚度。（D）根据薄板电阻测量薄膜厚度。（E） SSN胶片、GO/SSN胶片和rGO/SSN胶片的拉曼光谱。© Lee， G.， et al （2022）

银纳米线 – 太赫兹屏蔽的有希望的候选者

由于其高导电性，易于制造，最小厚度（在纳米范围内），弹性和符合形状，金属纳米线的随机系统是一个不错的选择，作为一种出色的屏蔽元件。

例如，银纳米线系统可以使用喷雾或旋转覆盖工艺轻松创建具有出色电气特性。由于这种独特的性质，银纳米线可用于取代散装银片，同时保留纳米材料大表面比例的好处。

其他程序，如高热烧结，物理压缩，光子诱导焊接和具有不同组件的复合材料，可以提高屏蔽效率（SE）。然而，由于相当高的波长（微米到厘米）和薄片尺寸（通常是纳米）之间的巨大尺度差异，这种最小化干扰问题的方法尚未完全建立。

研究方法

在这项研究中，研究人员展示了一种大大改进的太赫兹波长SE，利用烧结银纳米线（SSN）框架和纳米槽排列上的还原氧化石墨烯（rGO）片涂层。

通过使用简单的喷涂方法，证明了潜在实施的动态能力。将银纳米线和氧化石墨烯片片结合的混合物滴铸在纳米槽排列上，从而产生用于太赫兹研究的极薄片。

图 2.远场太赫兹-TDS传输测量（A）通过SSN薄膜的太赫兹发射测量原理图说明。 插图显示了带/不带 SSN 薄膜的芯片的标准化透射率。（B） 纳米槽上 SSN 的顶部和交叉视图 SEM 图像。黄色箭头表示每根银色纳米线。SSN不同喷涂周期的太赫兹透射率以及（C）PET基板和（D）纳米槽芯片上存在rGO涂层。© Lee， G.， et al （2022）

研究的主要发现

本文采用太赫兹时域光谱（THz-TDS）评估方法，对SSN片材的电学和光特性进行评估，无论是否具有还原的氧化石墨烯覆盖。

当与纳米级槽排列杂交时，rGO覆盖了太赫兹频率范围内的屏蔽能力。

rGO涂层的SSN系统和厚度为几纳米的插槽的结合可以改善传输关闭几个数量级，从而能够动态使用纳米膜来调节太赫兹频率的EM波。此外，纳米线间电荷渗流假说被用来解释这种情况的发生。

随着太赫兹波的研究在未来的无绳网络中使用，本研究中提出的筛选装置将引起相当大的兴趣，该装置可以在广阔的空间内轻松产生，并且可以根据目标频率灵活调整。

该团队通过将插槽宽度缩小到纳米范围，进一步了解了遮蔽过程。

图 3.特定太赫兹频率范围内的电磁干扰标准。（A） PET基板上的SSN和rGO/SSN薄膜，以及（B）纳米槽芯片上的SSN和rGO/SSN薄膜。每种薄膜类型的趋势都由（A）和（B）中的实线表示。（C） PET和纳米槽基板上SSN和rGO/SSN薄膜的等效SE比较。符号中的数字表示
涂层循环次数。© Lee， G.， et al （2022）

未来工作的途径

线间渗滤会显著影响喷涂在纳米级槽布置上的银NWs的屏蔽效果。然而，一些可能改善电荷渗透的程序，如物理压缩，化学方法和基于激光的焊接，受到限制，因为它们会产生金纳米槽变形。因此，应进一步研究其他合适的物质或纳米材料。

参考

Lee, G., Kim, S., Roh, Y., Lee, S.-H., Kim, D.-S., Kim, S., & Seo, M. (2022). Effective terahertz shielding properties of extreme graphene-silver nanowire surfaces investigated by nanoprobing. iScience. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222003030