專利名稱：基于石墨烯的電磁波吸收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種使用石墨烯實(shí)現(xiàn)的電磁波吸收器，尤其涉及一種基于石墨烯的介電常數(shù)可以通過門電壓來調(diào)控這一特性來實(shí)現(xiàn)的電磁波吸收器。通過設(shè)計(jì)合適的結(jié)構(gòu)，該吸收器可以把電磁波吸收進(jìn)特定的區(qū)域，產(chǎn)生熱量。
背景技術(shù)：
2009年，中國(guó)東南大學(xué)崔鐵軍教授和陳強(qiáng)教授把那瑞瑪諾和基爾地謝維的理論付諸實(shí)踐，利用新型人工電磁材料設(shè)計(jì)制造了一個(gè)在微波頻率下工作的“黑洞”(“Anomnidirectional electromagnetic absorber made of metamaterials,，^New J. Phys. 12,063006 2010)。電磁黑洞有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和及其重要的研究?jī)r(jià)值。自從2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，引起了人們強(qiáng)烈的研究興趣。G.ff. Hanson教授提出，石墨烯的電導(dǎo)率可以由Kubo公式表示為(“Dyadic Green’ s functions and guidedsurface waves for a surface conductivity model of graphene,，，J. Appl. Phys. 103(6),064302,2008)。
( rr、 >2( — J2r)「 I 「 f dfd(￡)j
<j (co , Li , r, 7 ) = - - s --- a s
cTrh2 Lo- J2r)2 ,0 ^ dsds J
_r^fA_s)2-fAs) 2 ds,
,0 (CO - j2T)2 - 4(s / h)2 _其中_e為電子電量，力=辦/2冗為普朗克常數(shù)，fd( e ) = l/(l+exp[( ec)/(kBT)])是費(fèi)米狄拉克分布，kB為波爾茲曼常數(shù)，CO為角頻率，U。為化學(xué)勢(shì)，r表示散射率，T表示溫度。由上述公式可知，石墨烯的電導(dǎo)率是隨著化學(xué)勢(shì)的變化而變化的。不同的電導(dǎo)率又對(duì)應(yīng)著不同的介電常數(shù)，它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系為Re(eg，eq) =-ogji/co A+E0^-Ogjj/o A , Im( e g>eq) = o gjr/o A，石墨烯的損耗為 | Im( e gjeq)/Re ( e g>eq) |。所以，我們可以通過改變石墨烯的化學(xué)勢(shì)來得到我們想要的介電常數(shù)，從而可以得到不同的折射率?；谝陨纤?，石墨烯是一種可以用來制作電磁波吸收器的理想材料。石墨烯化學(xué)勢(shì)與門電壓的關(guān)系為
Vg= Jt26 (kBTf ~^-dx + UbT^ic \n(e^ +1) + kBT+1)，
Tth vpS0Sr>-Mc/kBT ex + I其中，￡(|、e,分別表示空氣和Sio2的介電常數(shù)，t是Sio2的厚度，所以我們可以通過改變門電壓來改變石墨烯的化學(xué)勢(shì)從而改變石墨烯的介電常數(shù)。迄今為止，尚無人使用石墨烯來設(shè)計(jì)電磁波吸收器
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]技術(shù)問題本實(shí)用新型提供一種基于石墨烯的電磁波吸收器，當(dāng)入射電磁波遇到本實(shí)用新型裝置時(shí)，電磁波將被該裝置捕獲，然后被引導(dǎo)著進(jìn)入中心核，被中心核吸收，電磁波不會(huì)再從中心核中出來，光線將在中心核處轉(zhuǎn)化為熱能。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種基于石墨烯的電磁波吸收器，包括疊合在一起的硅襯底和二氧化硅襯底，在硅襯底上設(shè)有階梯形圓孔，在二氧化硅襯底上設(shè)有與階梯形圓孔相適配的階梯形突起，且所述階梯形突起嵌入階梯形圓孔中，在二氧化硅襯底上設(shè)有石墨烯層。本實(shí)用新型最下面的是硅襯底，硅襯底上面鋪二氧化硅襯底，二氧化硅襯底上面再鋪石墨烯層，偏置電壓源的一極加在硅襯底上，另一極加在石墨烯上。不同區(qū)域硅襯底的厚度不同，不同厚度的硅襯底導(dǎo)致了不同厚度的二氧化硅，從而在同一個(gè)偏置電壓下，不同區(qū)域的石墨烯所感應(yīng)到的化學(xué)勢(shì)不同。所以，不同區(qū)域上的石墨烯具有不同的介電常數(shù)。當(dāng)這些區(qū)域上的介電常數(shù)滿足一定的關(guān)系時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的捕獲吸收。與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)I，本實(shí)用新型首次實(shí)現(xiàn)了基于石墨烯的電磁波吸收器2，本基于石墨烯的電磁波吸收器通過設(shè)計(jì)硅襯底不同區(qū)域的厚度和合適的偏置電壓，可以工作于多個(gè)頻點(diǎn)。3，本基于石墨烯的電磁波吸收器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，易于集成，可用于收集能源，局部加熱等多種用途。

圖I是本實(shí)用新型的原理圖，石墨烯包括中心核5區(qū)域以及外殼6區(qū)域，中心核5區(qū)域?yàn)楣枰r底7所對(duì)應(yīng)的石墨烯區(qū)域，外殼6區(qū)域?yàn)楣枰r底8所對(duì)應(yīng)的石墨烯區(qū)域。當(dāng)中心核5區(qū)域和外殼6區(qū)域的介電常數(shù)滿足如下關(guān)系式(I)時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的捕獲吸收。
sb,r > Rb
_8] s (r) =Isb^ (^-)2,Rc <r < Rb,
rIU
sc +iy,r < Rc圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中包括硅襯底1，二氧化硅襯底2，石墨烯3。偏置電壓源4的一極加在硅襯底上，另一極加在石墨烯上。圖3是硅襯底I的俯視圖，硅襯底被刻蝕了不同厚度的階梯形圓孔，以滿足硅襯底區(qū)域7上對(duì)應(yīng)的石墨烯的介電常數(shù)具備滿足關(guān)系式(I)的中心核5區(qū)域，硅襯底區(qū)域8上對(duì)應(yīng)的石墨烯的介電常數(shù)具備滿足關(guān)系式(I)的外殼6區(qū)域，且中心核5區(qū)域的損耗很大。圖4是點(diǎn)源仿真結(jié)果圖，由圖中可見，點(diǎn)源激勵(lì)起的球面波在經(jīng)過外殼6時(shí)，被引導(dǎo)著進(jìn)入中心核5，被中心核5吸收，電磁波不會(huì)再從中心核5中出來.圖5是中心位置的一束光仿真的結(jié)果圖，由圖中可見，中心位置的一束光入射到外殼6時(shí),都會(huì)被引導(dǎo)著進(jìn)入中心核5,被中心核5吸收，電磁波不會(huì)再從中心核5中出來。圖6是中心下側(cè)位置的一束光仿真的結(jié)果圖，由圖中可見，中心下側(cè)位置的一束光入射到外殼6時(shí),都會(huì)被引導(dǎo)著進(jìn)入中心核5,被中心核5吸收，電磁波不會(huì)再從中心核5中出來。
具體實(shí)施方式
一種基于石墨烯的電磁波吸收器，包括疊合在一起的硅襯底I和二氧化硅襯底2，在硅襯底I上設(shè)有階梯形圓孔，在二氧化硅襯底2上設(shè)有與階梯形圓孔相適配的階梯形突起，且所述階梯形突起嵌入階梯形圓孔中，在二氧化硅襯底2上設(shè)有石墨烯層3。偏置電壓源4的一極加在石墨烯上，另一極加在硅襯底上。在硅襯底的不同區(qū)域刻蝕了不同的厚度，這樣，鋪在硅襯底上面的二氧化硅襯底在對(duì)應(yīng)的區(qū)域就有不同的厚度。根據(jù)公式
權(quán)利要求1.一種基于石墨烯的電磁波吸收器，其特征在于，包括疊合在一起的娃襯底(I)和二氧化硅襯底(2)，在硅襯底(I)上設(shè)有階梯形圓孔，在二氧化硅襯底(2)上設(shè)有與階梯形圓孔相適配的階梯形突起，且所述階梯形突起嵌入于階梯形圓孔中，在二氧化硅襯底(2)上設(shè)有石墨稀層(3)。
專利摘要一種基于石墨烯的電磁波吸收器，包括疊合在一起的硅襯底和二氧化硅襯底，在硅襯底上設(shè)有階梯形圓孔，在二氧化硅襯底上設(shè)有與階梯形圓孔相適配的階梯形突起，且所述階梯形突起嵌入于階梯形圓孔中，在二氧化硅襯底上設(shè)有石墨烯層。偏置電壓源的一極加在硅襯底上，另一極加在石墨烯上。通過設(shè)計(jì)硅襯底不同區(qū)域的厚度和合適的偏置電壓，本實(shí)用新型可以在多個(gè)頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的捕獲吸收。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，易于集成，可用于收集能源，局部加熱等多種用途。
文檔編號(hào)H05K9/00GK202487776SQ20122001085
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者姜韻, 朱薇, 董正高, 陸衛(wèi)兵 申請(qǐng)人:東南大學(xué)