我國首創(chuàng)太赫茲波改性新材料關(guān)鍵技術(shù)
文章來源：中化新網(wǎng) 更新時間：2025-06-04 15:58:42
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6月4日，從位于首都北京的筑夢九州科技有限公司傳來喜訊，經(jīng)過由該公司10余年的潛心研究和反復(fù)試驗，一種可產(chǎn)生太赫茲波并能通過波導(dǎo)效應(yīng)和分子同步共振技術(shù)賦能多種材料的能量加持裝置（波導(dǎo)艙）已經(jīng)成功問世。并正式開始服務(wù)化工及新材料等領(lǐng)域，標志著太赫茲技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用取得重大突破，該技術(shù)發(fā)明屬國內(nèi)首創(chuàng)，在國際上也處于領(lǐng)先地位。
據(jù)介紹，太赫茲(THz)波是指頻率在0.1~10 THz(波長為30~3000μm)范圍內(nèi)的電磁波。太赫茲(THz)波的波段能夠覆蓋半導(dǎo)體、等離子體、有機體和生物大分子等物質(zhì)的特征譜。利用該頻段可以加深和拓展人類對物理學、化學、天文學、信息學和生命科學中一些基本科學問題的認識。THz技術(shù)可廣泛應(yīng)用于雷達、遙感、國土安全與反恐、高保密的數(shù)據(jù)通訊與傳輸、大氣與環(huán)境監(jiān)測、實時生物信息提取以及醫(yī)學診斷等領(lǐng)域。為此，THz技術(shù)研究對國民經(jīng)濟和國家安全有重大的應(yīng)用價值。
THz 是電磁波譜中最后的處女地，因其獨特的優(yōu)越性和廣泛的應(yīng)用價值而備受各國的青睞。 2004年美國政府將THz科技評為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，幾乎所有重要的國家實驗室都在研究THz技術(shù)；日本更是將THz技術(shù)列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首，舉全國之力進行研發(fā)；歐洲國家還利用歐盟的資金組織跨國家的多學科參與的大型THz研究項目；俄羅斯國家科學院還專門成立了太赫茲研究所，聯(lián)合各高校積極開展THz技術(shù)研究。因此，THz技術(shù)已經(jīng)成為本世紀最為重要的新興學科之一。
我國政府也在2005年11月專門召開了“香山科技會議”, 討論我國THz事業(yè)的發(fā)展方向，并制定了我國THz技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃。目前，國內(nèi)已經(jīng)有多家研究機構(gòu)正在開展太赫茲領(lǐng)域的相關(guān)研究。
據(jù)筑夢九州公司技術(shù)總監(jiān)呂濤介紹，作為一家專業(yè)從事高新技術(shù)研發(fā)和推廣的科技型企業(yè)。該公司依托北京地區(qū)優(yōu)質(zhì)的科研資源，積極與有關(guān)院校等科研機構(gòu)合作，獨創(chuàng)了太赫茲工業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。首先成功將該技術(shù)應(yīng)用到高溫煅燒領(lǐng)域，利用太赫茲波預(yù)處理促進燒結(jié)致密化。該技術(shù)不僅能減少8%左右的瓷磚燒結(jié)能耗，還能大大提高瓷磚的強度（不降低各項性能的前提下，可減少瓷磚20%的厚度，實現(xiàn)降本增效，成效顯著。
在硅鋼片中，氧化鎂粉主要用于絕緣涂層，高溫退火隔離劑，改善磁性能三個方面，經(jīng)太赫茲技術(shù)賦能改性后，可以顯著提升絕緣涂層性能。增強高溫退火隔離效果，增強高溫退火隔離效果，優(yōu)化磁性能，改善機械性能。通過改性，可以優(yōu)化氧化鎂粉的顆粒分布和表面活性，使其在硅鋼片表面形成更均勻、致密的絕緣涂層，提高硅鋼片的絕緣性能，減少漏電現(xiàn)象，降低渦流損耗。提高涂層的附著力和耐高溫性能；細化氧化鎂粉的顆粒尺寸，提高其分散性，從而在高溫退火過程中 更有效地防止硅鋼片粘連。改善退火后硅鋼片的表面質(zhì)量；優(yōu)化氧化鎂粉的表面化學性質(zhì)，促進硅鋼片在退火過程中形成更理想的磁疇結(jié)構(gòu)。還可以顯著降低鐵損，節(jié)能環(huán)保，提高電機和變壓器的效率；提高氧化鎂粉的活性，增強其與硅鋼片基體的結(jié)合力，從而改善硅鋼片的機械強度；增強硅鋼片的耐腐蝕性。更致密的絕緣涂層可以有效阻擋外界腐蝕介質(zhì)與硅鋼基體的接觸；使氧化鎂自身的化學穩(wěn)定性進一步提高，能更有效地抵御酸、堿等腐蝕介質(zhì)的侵蝕，保護硅鋼基體不受損害。
改性氧化鎂粉還可以提高硅鋼片的絕緣性能和表面質(zhì)量，滿足高端電子產(chǎn)品對材料性能的嚴格要求。改性氧化鎂粉可以提高硅鋼片的機械強度和耐高溫性能，延長設(shè)備使用壽命。
太赫茲波賦能竹炭粉后制造的竹炭板材，相較于未賦能前的傳統(tǒng)竹炭板材，在物理性能、化學活性和功能性方面均有顯著提升。賦能前，常規(guī)竹炭粉比表面積約為300-500 m²/g，孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主，孔徑分布不均，吸附效率受限。太赫茲波活化賦能后，竹炭的比表面積可提升至600-800 m²/g，甚至更高。太赫茲波促進了微孔向介孔/大孔擴展，形成多級孔結(jié)構(gòu)，增強對甲醛、VOCs 等大分子污染物的吸附能力。吸附速率提高30%-50%，飽和吸附量增加20%以上。
力學性能方面，賦能前，普通竹炭板材的抗彎強度，約為15-25MPa）。耐磨性一般，易因內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散導(dǎo)致脆性。賦能后，抗彎強度提升至30-40MPa，太赫茲波優(yōu)化碳粉分散性及界面結(jié)合力。耐磨性提高20%-30%，因太赫茲波處理減少碳粉團聚，增強與基體材料的結(jié)合密度。
抗菌與防霉性能方面，賦能前，依賴竹炭本身的弱抗菌性（物理吸附為主，無主動殺菌能力）。 防霉等級為GB/T 35601-2017 的Ⅱ級標準。賦能后，太赫茲波激發(fā)炭粉表面官能團（如羧基、羥基），增強與微生物細胞膜的相互作用，抗菌率可達90%以上（如對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌）。 防霉等級可提升至Ⅰ級（長效抑菌）。
遠紅外與負離子釋放方面。賦能前，遠紅外發(fā)射率，常溫下約為0.7-0.8。負離子釋放量為500-1000 個/cm³。賦能后，遠紅外發(fā)射率：提升至0.85-0.95，通過太赫茲波調(diào)控碳晶格振動模式，負離子釋放量可達2000-3000個/cm³。
熱穩(wěn)定性與阻燃性方面，賦能前，熱分解溫度約為300-350℃。氧指數(shù)（LOI）為22-24（易燃）。 賦能后，熱分解溫度提高至 400℃以上（太赫茲波促進石墨化程度）。氧指數(shù)可達28-30難燃級別，更適用于高溫或防火要求環(huán)境。
呂濤介紹說，目前，筑夢九州公司先后與有關(guān)化工及新材料企業(yè)一道在浙江、河北等地成功進行了竹炭板材、硅鋼氧化鎂等生物基、無機材料化工產(chǎn)品賦能改性工業(yè)應(yīng)用實驗，均取得良好效果，多項性能指標顯著提升，研究成果表明，太赫茲技術(shù)還可用于鈦白粉、二氧化硅、碳酸鈣、涂料、腐殖酸鈉、腐殖酸鉀等化工產(chǎn)品進行賦能改性，提高產(chǎn)品品質(zhì)。
太赫茲波改性鈦白粉，通過優(yōu)化電磁特性和表面結(jié)構(gòu)，在高頻通信、耐候性、分散性等方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，尤其適用于6G技術(shù)及高端工業(yè)領(lǐng)域。其技術(shù)突破不僅提升了材料性能，還為多場景應(yīng)用提供了創(chuàng)新解決方案。呂濤補充道。
太赫茲波具有一定的熱效應(yīng)，可以使二氧化硅表面的一些化學鍵發(fā)生斷裂和重組，從而改變表面的化學結(jié)構(gòu)和活性位點的分布，增加表面活性基團的數(shù)量和活性。太赫茲波的電場分量還可以與二氧化硅表面的電荷分布相互作用，影響表面電荷的分布和遷移。產(chǎn)生共振效應(yīng)，使分子或晶格的振動幅度增大，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變化，如孔隙結(jié)構(gòu)的調(diào)整、表面粗糙度的改變等，從而增大比表面積，提高其在催化等領(lǐng)域的性能。太赫茲波的能量同時還可以誘導(dǎo)二氧化硅內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，如氧空位等。改變二氧化硅的電子結(jié)構(gòu)，使其具有更高的化學活性。氧空位等缺陷可以作為吸附位點，增強對反應(yīng)物分子的吸附能力，同時也有助于電子的轉(zhuǎn)移和傳遞，從而促進催化反應(yīng)的進行。
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