聚乙烯-碳黑复合材料的太赫兹时域光谱研究.pdf

物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)
FebruaryActaPhys．-Chim．Sin．，2007，23(2)：177-180177

[Article]WWW．whxb．pku．edu．ca

聚乙烯．碳黑复合材料的太赫兹时域光谱研究

宋玉峰1,2朱智勇，吉特葛敏陈西良刘崎
(中国科学院上海应用物理研究所，上海201800；中国科学院研究生院，北京100049)

摘要：利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在0．3-2．0THz频率区间测量了不同碳黑含量()的聚乙烯．碳黑复
合材料光电性质随频率的变化及其与碳黑含量之间的关系．测量发现，随碳黑含量的增加，复合体系的吸收系数
逐渐增大，并伴随折射率的相应增加．在碳黑含量确定的情况下，材料的吸收系数随频率的增加而增大，但折射
率随频率的增加而略有减小．在假定复合体系中孤立碳黑颗粒在外电场作用下的极化过程是引起材料太赫兹频
区介电损耗主要因素的情况下，利用德拜偶极子弛豫理论对聚乙烯．碳黑复合材料的介电行为进行了解释．

关键词：聚乙烯．碳黑复合材料；太赫兹时域光谱；介电性质
中图分类号：0649，0657．99

THzTime-·domainSpectroscopicStudyofPolyethylene-·Carbon
BlackComposites

SONGYu—Feng一ZHUZhi—Yong’JITeGEMinCHENXi—LiangLIUQi
(ShanghaiInstituteofAppliedPhysics,ChinesAcademyofSciences,Shanghai201800，P尼China；
GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,P尼ChinaJ

Abstract：Terahertztime-domainspectroscopictechniquewasappliedtoinvestigatetheopticalpropertiesof
polyethylene-carbonblackcompositesinthefrequencyrangeof0．3-2．0THZasafunctionoffrequencyandvolume
fractionoftl1ecarbonblack．Itisfoundthattheabsorptioncoeficientandtherefractiveindexofthecomposite
increasedwithincreaseofcarbonblackcontent．Atthesamecarbonblackconcentration．theabsorptioncoefncient
increasedandtherefractiveindexdecreasedwithincreaseoffrequency．Theexperimentalmeasurementswere
analyzedbyusingDebyetheoryofdipolemlaxationundertheassumptionthatcarbonblackparticlesdispersedinthe
polyethylenematrixbehavelikedipolesandcontributemainlyto山edielectriclOSS．

KeyWords：Polyethylene-carbonblack(PE-CB)composite；THztime-domainspectra；Dielectricproperties

太赫兹(THz)辐射通常是指介于0．1—10THz之光波的振幅和相位，因此可直接得到太赫兹频区内
间的电磁波辐射，在电磁波谱中太赫兹波处于红外材料的光学和电学性质[11，避免了通常利用Kramers—
和微波之间．这一区域蕴含有物质丰富的物理和化Kronig转换所带来的不确定性121．
学信息，如凝聚态物质的载流子在此区域有非常灵聚合物一碳黑复合材料同时具有导电材料和绝
敏的响应．但由于缺乏经济有效的太赫兹源和检测缘基质的优点，因此在工业领域有广泛的应用．例如
设备，长期以来，太赫兹技术远远落后于红外技术和可用作温控元件和电磁屏蔽材料等．研究这类材
微波研究．20世纪90年代以来，先进材料和超快激料性能以及它们与碳黑含量及结构间的相互关系具
光技术的发展极大地促进了太赫兹技术的发展．由有重要意义．目前关于这类材料电学和光学性质的
于太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术能同时给出THz研究已有不少文献报道阎，但在太赫兹频区的实验研

Received：July12，2006；Revised：September11，2006．