與微波毫米波段相比,位于微波與遠(yuǎn)紅外光之間的太赫茲波具有獨(dú)特的性能,這使得太赫茲技術(shù)迅速發(fā)展,在通信、安全、生物醫(yī)學(xué)成像等不同領(lǐng)域顯示出潛在的應(yīng)用前景。石墨烯是一種以蜂窩狀排列的二維碳原子層,因其獨(dú)特的光學(xué)特性,所以其在等離子體技術(shù)發(fā)展中引起了廣泛的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn),通過化學(xué)摻雜或柵極電壓可以改變石墨烯的費(fèi)米能級(jí),進(jìn)而其電導(dǎo)率就可以在太赫茲頻段動(dòng)態(tài)地控制。因此應(yīng)用石墨烯材料可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件的可調(diào)諧性。多種基于石墨烯的可調(diào)諧器件已被報(bào)道,包括吸波器、傳感器、開關(guān)和調(diào)制器等。本文提出了兩種基于石墨烯的太赫茲器件模型,并對(duì)這兩種太赫茲器件進(jìn)行了仿真分析。設(shè)計(jì)的可調(diào)諧光學(xué)器件為:基于石墨烯可調(diào)諧太赫茲雙頻吸波器,基于石墨烯可調(diào)諧寬帶吸波器,以及基于石墨烯超材料的可調(diào)諧雙Fano共振傳感器。一下是本文的研究?jī)?nèi)容:1.首先,簡(jiǎn)單介紹了太赫茲的發(fā)展?fàn)顩r、技術(shù)應(yīng)用,為設(shè)計(jì)、仿真及分析工作在太赫茲頻段的相關(guān)器件提供了研究的背景;然后,綜述了石墨烯研究現(xiàn)狀、應(yīng)用;最后,介紹了幾種常見的制備方法。2.首先,介紹了石墨烯優(yōu)良特性;重點(diǎn)分析了石墨烯的參數(shù)特性,包括石墨烯的電導(dǎo)率和介電常數(shù);然后,對(duì)石墨烯的可調(diào)諧性進(jìn)行了分析,為基于石墨烯可調(diào)諧器件的設(shè)計(jì)作好了理論準(zhǔn)備。最后,對(duì)石墨烯的表面等離子體激元理論進(jìn)行了討論。3.設(shè)計(jì)出一種基于石墨烯雙頻偏振無(wú)關(guān)的可調(diào)諧太赫茲吸波器。仿真結(jié)果表明,在較寬的頻率范圍內(nèi),雙頻吸波器的任意一個(gè)吸收頻帶表現(xiàn)出任意可調(diào)諧性,而另一個(gè)吸收頻帶可以保持不變。此外所設(shè)計(jì)的吸波器具有偏振不敏感和寬入射角的特性。同時(shí),設(shè)計(jì)了一種基于石墨烯可調(diào)諧寬頻帶太赫茲吸收器。該吸波器不僅吸收頻帶較寬,而且可以通過外加偏置電壓改變石墨烯電導(dǎo)率以調(diào)節(jié)其中心頻率和帶寬。仿真結(jié)果顯示,在較寬的頻率范圍內(nèi)可以單獨(dú)調(diào)諧吸波器的吸收帶寬和中心頻率。4.設(shè)計(jì)出一種雙Fano共振太赫茲折射率傳感器,它由兩個(gè)具有不同費(fèi)米能級(jí)石墨烯方形貼片和環(huán)形金屬(金)組成,因其需要外加兩個(gè)不同的電壓,故采用兩層設(shè)計(jì)方便實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。電磁波的入射激發(fā)了金環(huán)和方形石墨烯貼片的表面等離子激元。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式,可以使金環(huán)和方形石墨烯貼片的共振疊加,金環(huán)和方形石墨烯貼片中激發(fā)的模式之間相互耦合最終激發(fā)Fano共振。仿真結(jié)果顯示,折射率靈敏度和品質(zhì)因數(shù)可達(dá)4.6329 THz/RIU和15.7047 RIU~(-1)。此外,兩個(gè)石墨烯方形貼片費(fèi)米能級(jí)可實(shí)現(xiàn)分別可調(diào)諧,因此所設(shè)計(jì)的傳感器可主動(dòng)調(diào)節(jié)的測(cè)量范圍較為廣泛。
【學(xué)位單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O441.4;TB34
【部分圖文】：

2 202, , 2 , ,s d c d c cFn f T f T d h2-13）兩式可以得到： 02 202, , 2 , ,d c d c cFEf T f T de h曼常數(shù)， , , d Ff E T是費(fèi)米分布，F(xiàn) 是費(fèi)米速度（取值為加偏置的條件下下c0sn ，若通過化學(xué)摻雜或者外得到特定的化學(xué)勢(shì)能(c )值，根據(jù)（3）式可以得到石墨烯如下圖（2-2）所示，通過調(diào)節(jié)偏壓電場(chǎng)值從 0 到4V /nm到1eV 。

第三章 基于石墨烯超材料可調(diào)諧太赫茲吸波器的研究表 3-1 吸波器單元結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 值(μm) 參數(shù) 值(μm)a 15.4 w1 0.5r1 1.4 w2 2r2 1.9 tc0.1r3 3 t1 3r4 5 t2 2

如圖3-14（b）所示。 其中兩層介質(zhì)層均采用材料環(huán)烯烴類共聚物（TOPAS COC），其介電常數(shù)為 2.31TOPAS COC ，底層金屬板材料為銅，其電導(dǎo)率為7 4.09 1 0 S /m，石墨烯的弛豫時(shí)間13 10 s 。仿真采用軟件 CST Microwave Studio 2016 ，在頻域下求解。+Z 和-Z 方向分別設(shè)置為 open（add space）邊界條件，作為電磁波的激發(fā)源以及吸收邊界。X和 Y 方向均設(shè)置為 Unite Cell。表 3-2 吸波器單元結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 值(μm) 參數(shù) 值(μm)p 16 H 15r16.0 h 4r23.5 tc0.1r36.0 tg0.001r43.0（a）俯視圖
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王雅珍;慶迎博;孟爽;孫瑜;;石墨烯制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化學(xué)世界;2019年07期

2 胡程月;賈雪茹;代海波;;氧化石墨烯在阻燃材料中的研究進(jìn)展[J];四川化工;2019年03期

3 ;高性能石墨烯陰極防腐涂層領(lǐng)域取得進(jìn)展[J];表面工程與再制造;2019年02期

4 陳志;;石墨烯:新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的慣性與突破[J];科技中國(guó);2019年07期

5 韓軍凱;馮奕鈺;李瑀;封偉;;刺激響應(yīng)型石墨烯材料的研究新進(jìn)展[J];功能高分子學(xué)報(bào);2019年04期

6 ;年產(chǎn)100噸石墨烯粉體生產(chǎn)線在常州投運(yùn)[J];中國(guó)粉體工業(yè);2013年06期

7 ;石墨烯標(biāo)委會(huì)擬成立 石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化制定企業(yè)待定[J];中國(guó)粉體工業(yè);2013年06期

8 ;石墨烯行業(yè)發(fā)展部署啟動(dòng) 鼓勵(lì)各省成立獨(dú)立聯(lián)盟[J];中國(guó)粉體工業(yè);2013年06期

9 錢伯章;;石墨烯材料制備技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展[J];石油和化工節(jié)能;2016年01期

10 ;天奈科技開發(fā)出碳納米管與石墨烯復(fù)合鋰電池助導(dǎo)劑[J];中國(guó)粉體工業(yè);2016年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李婷;石墨烯和六方氮化硼界面熱特性的研究[D];大連理工大學(xué);2018年

2 吳召洪;高性能石墨烯基導(dǎo)熱和應(yīng)變傳感復(fù)合材料的應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

3 馬迅;可控石墨烯支架對(duì)神經(jīng)祖細(xì)胞的生物學(xué)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

4 余炎子;石墨烯埃米通道離子輸運(yùn)的力學(xué)機(jī)理研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 李磊磊;二維材料層間勢(shì)的調(diào)控及界面位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

6 龍佳朋;P、N共摻氧化石墨烯及復(fù)合材料性能的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2019年

7 劉霞;氧化石墨烯在環(huán)境介質(zhì)上的吸附聚集行為研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

8 何廣宇;小分子在石墨烯及C_3N_4表界面上擴(kuò)散與反應(yīng)的第一性原理研究[D];浙江大學(xué);2019年

9 宋雨晴;三維石墨烯材料的構(gòu)建及在超級(jí)電容器與電熱膜中的應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

10 孫曉旭;非貴金屬摻雜石墨烯體系氧還原反應(yīng)機(jī)理理論研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫丹鳳;基于碳納米管及石墨烯的生物傳感器[D];天津理工大學(xué);2019年

2 張澍;含硒環(huán)狀磷鎢酸晶體及鈷硅鎢酸/苯胺/石墨烯復(fù)合材料的制備和表征[D];天津理工大學(xué);2019年

3 趙立;石墨烯的分散懸浮與摩擦學(xué)特征研究[D];沈陽(yáng)建筑大學(xué);2017年

4 安博星;功能化石墨烯的制備與應(yīng)用研究[D];沈陽(yáng)建筑大學(xué);2017年

5 孫燕;石墨烯基納米硫化鉬復(fù)合氣凝膠構(gòu)筑及其吸附與析氫性能研究[D];天津理工大學(xué);2019年

6 孟健;石墨烯基全碳3D結(jié)構(gòu)的制備及其超電容性能研究[D];天津理工大學(xué);2019年

7 沈浩德;石墨烯基復(fù)合材料的制備及其電容性能研究[D];天津理工大學(xué);2019年

8 何濟(jì);季銨化石墨烯水凝膠的制備及其用于水過濾除菌的研究[D];天津理工大學(xué);2019年

9 李凱;CNT@石墨烯核殼納米結(jié)構(gòu)的制備與電容性能[D];天津理工大學(xué);2019年

10 付盼;基于石墨烯的超材料太赫茲吸收器研究[D];天津理工大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2873402