動態(tài)電磁調(diào)控器件具有高集成度、高效率、體積小和功能多等優(yōu)點,因此成為微波工程領(lǐng)域的研究熱點。目前,通常利用二極管、微機電系統(tǒng)、超材料或場效應(yīng)晶體管與微波器件結(jié)合以獲得對介電常數(shù)、工作頻率、帶寬等參數(shù)的調(diào)制,而上述這些方法通常涉及到電壓高、電子元器件過多、調(diào)制能力有限等問題。為了進(jìn)一步提升微波器件性能,需要不斷探索新材料、新結(jié)構(gòu)和新原理在動態(tài)調(diào)控器件領(lǐng)域的應(yīng)用。針對上述問題,提出利用石墨烯材料電學(xué)性能可調(diào)的性質(zhì),通過與離子液體結(jié)合的方法實現(xiàn)對其方塊電阻的動態(tài)調(diào)控,設(shè)計和制備了頻率選擇表面、天線和Salisbury屏等動態(tài)調(diào)控器件,并揭示了材料與結(jié)構(gòu)特性對動態(tài)調(diào)控能力影響規(guī)律。本文主要研究成果如下:（1）提出了可以進(jìn)行電調(diào)制的石墨烯/離子液體/石墨烯電容結(jié)構(gòu),通過外加偏置電壓改變石墨烯方塊電阻,實現(xiàn)對電磁波行為的動態(tài)調(diào)控。首先,對石墨烯電容結(jié)構(gòu)電磁性能及其影響因素進(jìn)行分析,確定了基底材料、離子液體種類以及接觸電極制備方法。進(jìn)一步,通過建立石墨烯電容結(jié)構(gòu)等效電路,建立動態(tài)調(diào)控理論體系。這為后續(xù)動態(tài)調(diào)控器件奠定了實驗與理論基礎(chǔ)。（2）在傳統(tǒng)頻率選擇表面基礎(chǔ)上,引入石墨烯電容結(jié)構(gòu),制備了兩款動態(tài)... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院)重慶市

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３四種Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ屏動態(tài)調(diào)控吸波結(jié)構(gòu)１５１，５？６丨（ａ）、（ｂ）加載元器件方法；（ｃ）加??載金屬單元；⑷機械拉伸施??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄ?ｏｆ?ｔｕｎａｂｌｅ?Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ?ｓｃｒｅｅｎｓ１５１，５４－５６１?（ａ），?（ｂ）?ｌｏａｄｉｎｇ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，?（ｃ）??

圖１．４?（ａ）石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖；（ｂ）三維能帶結(jié)構(gòu)；（ｃ）能帶結(jié)構(gòu)和費米能級；（ｄ）帶間躍遷和??帶內(nèi)躍遷｜，２，６７１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?（ａ）?Ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?（ｂ）?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?（ｃ）?Ｔｈｅ??

?石墨烯電磁特性動態(tài)調(diào)控理論與實驗研宄???幾乎是無損的，傳輸功率顯著增加。Ｌｉｕ等制備了一種基于單層石墨烯的電??控電磁調(diào)制器，如圖１．６（ｂ）所示。通過電調(diào)控石墨烯費米能級，實現(xiàn)了對１．３５?（ｉｍ??到１．６?ｐｍ光譜透射率調(diào)制，該有源器件面積僅為２５?ｐｍ２。Ｌｅｅ等Ｐ５％ｉｊ備一款光??電調(diào)制器，將單層石墨烯集成在亞波長厚度的反射調(diào)制器結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)如圖??１．６（ｃ）所示。該器件輸入電壓范圍為０？５?Ｖ，在波長１．５５?ｐｍ處調(diào)制幅度為１５?％，??其面積為７８５０?ｎｍ２。Ｌｕ等『１２６］提出了一種基于石墨烯的金屬／介質(zhì)／金屬波導(dǎo)，??用于控制表面等離子體傳播，其結(jié)構(gòu)如圖１．６（ｄ）所示。理論和仿真結(jié)果表明等離??子體在波導(dǎo)中衰減與施加在石墨烯上電壓有很強的依賴關(guān)系，且在石墨烯介電常??數(shù)ＥＮＺ?（Ｅｐｓｉｌｏｎ?Ｎｅａｒ?Ｚｅｒｏ）點處衰減最大。通過在金屬波導(dǎo)兩端刻蝕電極以減小??接觸電阻，等離子體消光比可達(dá)１５．８?ｄＢ，這種效應(yīng)是沒有刻蝕電極情況下的２．３??倍。??（ａ）?（ｂ）??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ?在??ｔｏｐ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??Ｉ??ＣＶＤ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?？?／??（Ｃ）?（ｄ）??圖１．?６紅外波段基于石墨烯的動態(tài)調(diào)控器件（ａ）光學(xué)環(huán)形調(diào)制器；（ｂ）光學(xué)調(diào)制器；（ｃ）光??電調(diào)制器；（ｄ）金屬納米波導(dǎo)＿，１２４＾??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｔｕｎａｂｌｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｉｎ?ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｂａｎｄ?（ａ）?ｏｐｔｉｃａｌ?ｒｉｎｇ?ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，??（ｂ）?ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，?（ｃ）?ｅｌｅｃｔｒｏ

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3436044