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我國首創太赫茲波改性新材料關鍵技術

文章來源：中化新網更新時間：2025-06-04 15:58:42

擁有自主知識產權

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，經過由該公司10余年的潛心研究和反復試驗，一種可產生太赫茲波并能通過波導效應和分子同步共振技術賦能多種材料的能量加持裝置（波導艙）已經成功問世。并正式開始服務化工及新材料等領域，標志著太赫茲技術工業化應用取得重大突破，該技術發明屬國內首創，在國際上也處于領先地位。

據介紹，太赫茲(THz)波是指頻率在0.1~10 THz(波長為30~3000μm)范圍內的電磁波。太赫茲(THz)波的波段能夠覆蓋半導體、等離子體、有機體和生物大分子等物質的特征譜。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技術可廣泛應用于雷達、遙感、國土安全與反恐、高保密的數據通訊與傳輸、大氣與環境監測、實時生物信息提取以及醫學診斷等領域。為此，THz技術研究對國民經濟和國家安全有重大的應用價值。

THz 是電磁波譜中最后的處女地，因其獨特的優越性和廣泛的應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”之一，幾乎所有重要的國家實驗室都在研究THz技術；日本更是將THz技術列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首，舉全國之力進行研發；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，聯合各高校積極開展THz技術研究。因此，THz技術已經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事業的發展方向，并制定了我國THz技術的發展規劃。目前，國內已經有多家研究機構正在開展太赫茲領域的相關研究。

據筑夢九州公司技術總監呂濤介紹，作為一家專業從事高新技術研發和推廣的科技型企業。該公司依托北京地區優質的科研資源，積極與有關院校等科研機構合作，獨創了太赫茲工業應用關鍵技術。首先成功將該技術應用到高溫煅燒領域，利用太赫茲波預處理促進燒結致密化。該技術不僅能減少8%左右的瓷磚燒結能耗，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，經太赫茲技術賦能改性后，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，優化磁性能，改善機械性能。通過改性，可以優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量；優化氧化鎂粉的表面化學性質，促進硅鋼片在退火過程中形成更理想的磁疇結構。還可以顯著降低鐵損，節能環保，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與硅鋼基體的接觸；使氧化鎂自身的化學穩定性進一步提高，能更有效地抵御酸、堿等腐蝕介質的侵蝕，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量，滿足高端電子產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，常規竹炭粉比表面積約為300-500 m²/g，孔隙結構以微孔為主，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，形成多級孔結構，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，易因內部結構松散導致脆性。賦能后，抗彎強度提升至30-40MPa，太赫茲波優化碳粉分散性及界面結合力。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，遠紅外發射率：提升至0.85-0.95，通過太赫茲波調控碳晶格振動模式，負離子釋放量可達2000-3000個/cm³。

熱穩定性與阻燃性方面，賦能前，熱分解溫度約為300-350℃。氧指數（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）。氧指數可達28-30難燃級別，更適用于高溫或防火要求環境。

呂濤介紹說，目前，筑夢九州公司先后與有關化工及新材料企業一道在浙江、河北等地成功進行了竹炭板材、硅鋼氧化鎂等生物基、無機材料化工產品賦能改性工業應用實驗，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、腐殖酸鉀等化工產品進行賦能改性，提高產品品質。

太赫茲波改性鈦白粉，通過優化電磁特性和表面結構，在高頻通信、耐候性、分散性等方面顯著優于傳統產品，尤其適用于6G技術及高端工業領域。其技術突破不僅提升了材料性能，還為多場景應用提供了創新解決方案。呂濤補充道。

太赫茲波具有一定的熱效應，可以使二氧化硅表面的一些化學鍵發生斷裂和重組，從而改變表面的化學結構和活性位點的分布，增加表面活性基團的數量和活性。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。產生共振效應，使分子或晶格的振動幅度增大，導致內部結構發生微小變化，如孔隙結構的調整、表面粗糙度的改變等，從而增大比表面積，提高其在催化等領域的性能。太赫茲波的能量同時還可以誘導二氧化硅內部產生缺陷，如氧空位等。改變二氧化硅的電子結構，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，增強對反應物分子的吸附能力，同時也有助于電子的轉移和傳遞，從而促進催化反應的進行。

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