石墨烯电磁特性与应用

第1章 绪论1 1?1石墨烯的发现1 1?2石墨烯的特性简介2 1?3石墨烯的研究现状3 1?3?1国外相关现状6 1?3?2国内相关现状7 1?4石墨烯的制备7 1?4?1机械剥离法 8 1?4?2外延生长法 9 1?4?3氧化还原法10 1?4?4化学气相沉积法11 1?5石墨烯的转移13 1?5?1湿法转移13 1?5?2卷对卷转移14 1?6石墨烯图案加工14 1?6?1激光刻蚀法14 1?6?2离子刻蚀法15 1?6?3喷墨打印法 16 1?6?4衬底加工法 17 1?7石墨烯的表征19 1?7?1图像类表征19 1?7?2图谱类表征21 参考文献21 第2章 石墨烯的电磁特性与建模33 2?1引言33 2?2石墨烯的电学特性33 2?2?1石墨烯的电子结构33 2?2?2多层石墨烯的能带结构36 2?2?3缺陷和边缘的影响39 2?3石墨烯的光学特性43 2?3?1线性光吸收43 2?3?2非线性饱和吸收44 2?3?3电/光致发光46 2?4石墨烯的电磁模型49 2?4?1石墨烯的电导率49 2?4?2表面阻抗模型51 2?4?3介电常数模型51 2?5石墨烯的调控方式54 2?5?1偏置电压调控54 2?5?2电解质增强调控54 2?5?3量子点调控56 参考文献56 第3章 太赫兹应用63 3?1石墨烯表面波应用63 3?1?1石墨烯表面等离激元特性63 3?1?2石墨烯扫描波束平面透镜65 3?1?3石墨烯Luneburg透镜69 3?1?4石墨烯柔性表面等离激元器件74 3?1?5石墨烯平面电磁“黑洞”80 3?1?6石墨烯全光逻辑门84 3?1?7石墨烯纳米条带与谐振环的等离激元开关87 3?2石墨烯空间波应用93 3?2?1石墨烯对空间波的调控机理93 3?2?2石墨烯可调Fabry?Pérot谐振腔的波前控制99 3?2?3石墨烯数字超材料104 3?2?4石墨烯可重构超表面110 3?2?5石墨烯反射幅度调制器113 3?2?6石墨烯太赫兹波束扫描天线114 3?3石墨烯导行波应用121 3?3?1石墨烯对波导的调控机理122 3?3?2石墨烯电致吸收调制器125 3?3?3局域等离增强电光调制器130 3?4国内外前沿实验进展137 3?4?1石墨烯太赫兹调制器137 3?4?2石墨烯太赫兹探测器138 3?4?3石墨烯太赫兹源142 参考文献144 第4章 微波、毫米波静态电阻膜应用153 4?1石墨烯均匀方阻特性153 4?2石墨烯透明吸波屏蔽盒154 4?3高电导率石墨烯膜毫米波阵列天线158 4?4石墨烯无线应力传感器161 4?5石墨烯吸波透波一体化频率选择表面164 4?6石墨烯全向电阻的九路功分器166 4?7大面积多层石墨烯的微波吸波器170 4?7?1多层石墨烯的阻抗特性171 4?7?2吸波器的传输线模型172 4?7?3吸波器的设计及分析174 4?7?4加工方法及实验验证180 4?8石墨烯条带的微波波束控制182 4?8?1单元的设计及等效电路模型183 4?8?2基于石墨烯条带的阵列排布186 4?8?3实验验证及讨论188 4?9掺杂石墨烯的透明柔性超宽带吸波器190 4?9?1硝酸对石墨烯的掺杂效应191 4?9?2超宽带吸波器的结构及性能195 4?9?3超宽带吸波机理分析200 4?9?4样品加工过程及测试结果204 4?10国内外前沿实验进展208 4?10?1基于石墨烯电容的宽带可调雷达吸波器208 4?10?2基于石墨烯电容的幅频双控雷达吸波器210 4?10?3柔性石墨烯微带贴片天线211 4?10?4多模可重构微带天线212 4?10?5基于石墨烯的超宽带天线213 参考文献213 第5章 微波、毫米波可调电阻膜应用218 5?1表面电导率/电阻可调特性218 5?2石墨烯可调SIW衰减器219 5?2?1可调SIW衰减器的理论219 5?2?2样品加工及测试结果227 5?3石墨烯可调微带线衰减器229 5?3?1可调微带线衰减器理论229 5?3?2样品加工和测量结果237 5?4石墨烯CPW衰减器和槽线衰减器241 5?4?1可调CPW衰减器的理论分析241 5?4?2可调槽线衰减器的理论分析245 5?4?3样品加工和测量结果247 5?5石墨烯可调耦合线衰减器251 5?5?1基于石墨烯的可调耦合线衰减器的结构251 5?5?2覆盖单层石墨烯的间隙的理论分析253 5?5?3覆盖石墨烯“三明治”结构的间隙的理论分析256 5?5?4基于石墨烯“三明治”结构的耦合微带线衰减器的设计259 5?5?5样品测量结果261 5?6石墨烯宽带可调同轴衰减器264 5?6?1同轴衰减器的理论分析264 5?6?2样品加工和实验测试269 5?7石墨烯微带衰减器及其在天线中的应用271 5?7?1石墨烯微带衰减器271 5?7?2增益可调喇叭天线274 5?8石墨烯的衰减、放大和传输一体化动态可调SSPP器件278 5?8?1基于SSPP衰减、放大的一体化器件的设计278 5?8?2仿真和实验结果290 5?9石墨烯/金属复合结构的微波波前动态调控292 5?9?1编码单元的设计293 5?9?2基于石墨烯/金属复合结构的二进制编码单元应用场景297 5?9?3实验验证303 5?10石墨烯极化变换器305 5?10?1极化变换的原理及极化变换器单元设计305 5?10?2基于石墨烯的极化变换器性能309 5?10?3实验验证及讨论313 5?11石墨烯“三明治”结构超薄动态可调吸波器316 5?11?1石墨烯“三明治”结构及其动态可调机理316 5?11?2吸波器模型设计及仿真结果318 5?11?3等效电路模型320 5?11?4表面电流分布323 5?11?5参数影响分析324 5?11?6样品加工与测量结果327 5?12石墨烯可调宽吸中透吸波器329 5?12?1宽吸中透器件的传输线模型330 5?12?2基于石墨烯的FSR原型设计332 5?12?3设计模型在其他频段的适用性334 5?12?4可调传输窗口的实现335 5?12?5实验验证338 5?13可调宽带吸波器342 5?13?1宽带吸波器的设计原理342 5?13?2宽带吸波器的可调性346 5?13?3低方阻可调的石墨烯的设计与测试347 5?13?4可调宽带吸波器的加工测试348 5?14石墨烯柔性可调SSPP波导衰减器349 5?14?1柔性可调SSPP波导衰减器的理论分析350 5?14?2样品加工和测量结果358 5?15国内外前沿实验进展361 5?15?1基于少层石墨烯的宽带微带衰减器361 5?15?2基于石墨烯的可调滤波衰减器361 5?15?3基于少层石墨烯薄片的电压控制可调衰减器363 5?15?4石墨烯的毫米波波束可重构天线364 5?15?5基于少层石墨烯的电压控制可调谐平面天线367 5?15?6基于少层石墨烯的电压控制可调谐移相器368 5?15?7基于石墨烯纳米片的共面波导可调衰减器369 参考文献372 第6章 应用前景展望380 6?1全球石墨烯产业概况380 6?1?1欧盟380 6?1?2美国382 6?1?3英国383 6?1?4日本384 6?1?5韩国385 6?1?6中国385 6?2商业化应用386 6?2?1欧洲388 6?2?2北美391 6?2?3亚洲393 6?3发展趋势介绍394 6?4结语398 参考文献399