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我国首创太赫兹波改性新材料关键技术

文章来源：中化新网更新时间：2025-06-04 15:58:42

拥有自主知识产权

6月4日，从位于首都北京的筑梦九州科技有限公司传来喜讯，经过由该公司10余年的潜心研究和反复试验，一种可产生太赫兹波并能通过波导效应和分子同步共振技术赋能多种材料的能量加持装置（波导舱）已经成功问世。并正式开始服务化工及新材料等领域，标志着太赫兹技术工业化应用取得重大突破，该技术发明属国内首创，在国际上也处于领先地位。

据介绍，太赫兹(THz)波是指频率在0.1~10 THz(波长为30~3000μm)范围内的电磁波。太赫兹(THz)波的波段能够覆盖半导体、等离子体、有机体和生物大分子等物质的特征谱。利用该频段可以加深和拓展人类对物理学、化学、天文学、信息学和生命科学中一些基本科学问题的认识。THz技术可广泛应用于雷达、遥感、国土安全与反恐、高保密的数据通讯与传输、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。为此，THz技术研究对国民经济和国家安全有重大的应用价值。

THz 是电磁波谱中最后的处女地，因其独特的优越性和广泛的应用价值而备受各国的青睐。 2004年美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一，几乎所有重要的国家实验室都在研究THz技术；日本更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发；欧洲国家还利用欧盟的资金组织跨国家的多学科参与的大型THz研究项目；俄罗斯国家科学院还专门成立了太赫兹研究所，联合各高校积极开展THz技术研究。因此，THz技术已经成为本世纪最为重要的新兴学科之一。

我国政府也在2005年11月专门召开了“香山科技会议”, 讨论我国THz事业的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。目前，国内已经有多家研究机构正在开展太赫兹领域的相关研究。

据筑梦九州公司技术总监吕涛介绍，作为一家专业从事高新技术研发和推广的科技型企业。该公司依托北京地区优质的科研资源，积极与有关院校等科研机构合作，独创了太赫兹工业应用关键技术。首先成功将该技术应用到高温煅烧领域，利用太赫兹波预处理促进烧结致密化。该技术不仅能减少8%左右的瓷砖烧结能耗，还能大大提高瓷砖的强度（不降低各项性能的前提下，可减少瓷砖20%的厚度，实现降本增效，成效显著。

在硅钢片中，氧化镁粉主要用于绝缘涂层，高温退火隔离剂，改善磁性能三个方面，经太赫兹技术赋能改性后，可以显著提升绝缘涂层性能。增强高温退火隔离效果，增强高温退火隔离效果，优化磁性能，改善机械性能。通过改性，可以优化氧化镁粉的颗粒分布和表面活性，使其在硅钢片表面形成更均匀、致密的绝缘涂层，提高硅钢片的绝缘性能，减少漏电现象，降低涡流损耗。提高涂层的附着力和耐高温性能；细化氧化镁粉的颗粒尺寸，提高其分散性，从而在高温退火过程中更有效地防止硅钢片粘连。改善退火后硅钢片的表面质量；优化氧化镁粉的表面化学性质，促进硅钢片在退火过程中形成更理想的磁畴结构。还可以显著降低铁损，节能环保，提高电机和变压器的效率；提高氧化镁粉的活性，增强其与硅钢片基体的结合力，从而改善硅钢片的机械强度；增强硅钢片的耐腐蚀性。更致密的绝缘涂层可以有效阻挡外界腐蚀介质与硅钢基体的接触；使氧化镁自身的化学稳定性进一步提高，能更有效地抵御酸、碱等腐蚀介质的侵蚀，保护硅钢基体不受损害。

改性氧化镁粉还可以提高硅钢片的绝缘性能和表面质量，满足高端电子产品对材料性能的严格要求。改性氧化镁粉可以提高硅钢片的机械强度和耐高温性能，延长设备使用寿命。

太赫兹波赋能竹炭粉后制造的竹炭板材，相较于未赋能前的传统竹炭板材，在物理性能、化学活性和功能性方面均有显著提升。赋能前，常规竹炭粉比表面积约为300-500 m²/g，孔隙结构以微孔为主，孔径分布不均，吸附效率受限。太赫兹波活化赋能后，竹炭的比表面积可提升至600-800 m²/g，甚至更高。太赫兹波促进了微孔向介孔/大孔扩展，形成多级孔结构，增强对甲醛、VOCs 等大分子污染物的吸附能力。吸附速率提高30%-50%，饱和吸附量增加20%以上。

力学性能方面，赋能前，普通竹炭板材的抗弯强度，约为15-25MPa）。耐磨性一般，易因内部结构松散导致脆性。赋能后，抗弯强度提升至30-40MPa，太赫兹波优化碳粉分散性及界面结合力。耐磨性提高20%-30%，因太赫兹波处理减少碳粉团聚，增强与基体材料的结合密度。

抗菌与防霉性能方面，赋能前，依赖竹炭本身的弱抗菌性（物理吸附为主，无主动杀菌能力）。防霉等级为GB/T 35601-2017 的Ⅱ级标准。赋能后，太赫兹波激发炭粉表面官能团（如羧基、羟基），增强与微生物细胞膜的相互作用，抗菌率可达90%以上（如对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌）。防霉等级可提升至Ⅰ级（长效抑菌）。

远红外与负离子释放方面。赋能前，远红外发射率，常温下约为0.7-0.8。负离子释放量为500-1000 个/cm³。赋能后，远红外发射率：提升至0.85-0.95，通过太赫兹波调控碳晶格振动模式，负离子释放量可达2000-3000个/cm³。

热稳定性与阻燃性方面，赋能前，热分解温度约为300-350℃。氧指数（LOI）为22-24（易燃）。赋能后，热分解温度提高至 400℃以上（太赫兹波促进石墨化程度）。氧指数可达28-30难燃级别，更适用于高温或防火要求环境。

吕涛介绍说，目前，筑梦九州公司先后与有关化工及新材料企业一道在浙江、河北等地成功进行了竹炭板材、硅钢氧化镁等生物基、无机材料化工产品赋能改性工业应用实验，均取得良好效果，多项性能指标显著提升，研究成果表明，太赫兹技术还可用于钛白粉、二氧化硅、碳酸钙、涂料、腐殖酸钠、腐殖酸钾等化工产品进行赋能改性，提高产品品质。

太赫兹波改性钛白粉，通过优化电磁特性和表面结构，在高频通信、耐候性、分散性等方面显著优于传统产品，尤其适用于6G技术及高端工业领域。其技术突破不仅提升了材料性能，还为多场景应用提供了创新解决方案。吕涛补充道。

太赫兹波具有一定的热效应，可以使二氧化硅表面的一些化学键发生断裂和重组，从而改变表面的化学结构和活性位点的分布，增加表面活性基团的数量和活性。太赫兹波的电场分量还可以与二氧化硅表面的电荷分布相互作用，影响表面电荷的分布和迁移。产生共振效应，使分子或晶格的振动幅度增大，导致内部结构发生微小变化，如孔隙结构的调整、表面粗糙度的改变等，从而增大比表面积，提高其在催化等领域的性能。太赫兹波的能量同时还可以诱导二氧化硅内部产生缺陷，如氧空位等。改变二氧化硅的电子结构，使其具有更高的化学活性。氧空位等缺陷可以作为吸附位点，增强对反应物分子的吸附能力，同时也有助于电子的转移和传递，从而促进催化反应的进行。

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