石墨烯自從2004年被Geim和Novoselov用機械剝離的方法剝離出以來,受到了人們的廣泛關注。石墨烯是一種存在于自然界中的具有六角蜂窩狀結構的單層碳原子二維材料,有著優(yōu)異的光學和電學特性,可應用在納米電子器件和光電子器件中。與其他二維材料相比,石墨烯具有一些獨特的性能,如它的載流子濃度可以通過外部偏置電壓或化學摻雜來調(diào)控,使其具有很好的可調(diào)特性。表面等離激元是在金屬表面區(qū)域的一種自由電子和光子相互作用形成的電磁振蕩。在特定頻率的入射光子作用下表面等離激元,會在結構表面發(fā)生強烈地吸收或散射,然后將電磁場聚焦到亞波長尺度的范圍,從而形成局域電場增強,使得光與物質(zhì)的相互作用增強。此外,表面等離激元還能突破衍射極限,為微米和納米級的電子元器件的發(fā)展提供了可能。將表面等離激元與人工設計成的材料（超材料）相結合,即表面等離激元超材料,激發(fā)了科研人員的研究熱潮,是現(xiàn)代光學的研究熱點之一。本文基于石墨烯表面等離激元超材料,通過理論設計和模擬計算,研究了三種石墨烯復合結構吸收器。利用時域有限差分方法,討論和分析了石墨烯復合結構的光吸收性能。本文的研究內(nèi)容主要如下:（1）提出了一種基于啞鈴形石墨烯超... 

【文章來源】：西南科技大學四川省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 選題背景
    1.2 石墨烯的概述與意義
        1.2.1 石墨烯簡介
        1.2.2 石墨烯的性質(zhì)
        1.2.3 石墨烯的電導率模型
    1.3 表面等離激元
        1.3.1 局域表面等離激元共振
        1.3.2 傳播表面等離極化激元
        1.3.3 石墨烯表面等離激元與TE波和TM波的色散關系
    1.4 石墨烯表面等離激元的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應用
        1.4.1 石墨烯表面等離激元在光學器件上的應用
        1.4.2 表面等離激元在生物傳感器上的應用
        1.4.3 石墨烯表面等離激元在調(diào)制器上的應用
    1.5 論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
        1.5.1 論文的主要研究內(nèi)容
        1.5.2 論文的創(chuàng)新點
2 理論基礎和數(shù)值計算方法
    2.1 引言
    2.2 理論基礎
        2.2.1 麥克斯韋方程組
        2.2.2 阻抗匹配理論
        2.2.3 臨界耦合理論
    2.3 數(shù)值計算方法—時域有限差分方法
    2.4 Drude模型
    2.5 本章小結
3 基于啞鈴形石墨烯的表面等離激元超材料陣列吸收器
    3.1 引言
    3.2 模型結構與方法
    3.3 結果分析與討論
        3.3.1 矩形、條狀、圓形和啞鈴形石墨烯結構的吸收性能
        3.3.2 幾何參數(shù)對啞鈴形石墨烯結構吸收性能的影響
        3.3.3 TM偏振時入射角對吸收性能的影響
        3.3.4 矩形、條狀、圓形和啞鈴形石墨烯超材料結構的吸收增強和可調(diào)控特性
        3.3.5 雙層啞鈴形石墨烯陣列結構的吸收性能
    3.4 本章小結
4 基于周期性排列的分裂環(huán)石墨烯超材料陣列結構的三頻段完美吸收器
    4.1 引言
    4.2 模型結構與方法
    4.3 結果分析與討論
        4.3.1 幾何參數(shù)對分裂環(huán)石墨烯超材料陣列結構光吸收的影響
        4.3.2 化學勢和弛豫時間對分裂環(huán)石墨烯超材料陣列結構吸收性能的影響
        4.3.3 分裂環(huán)石墨烯超材料陣列結構的傳感性能
    4.4 本章小結
5 基于臨界耦合理論的超窄帶石墨烯完美吸收器
    5.1 引言
    5.2 模型結構與方法
    5.3 結果分析與討論
        5.3.1 TM和 TE偏振的吸收特性和臨界耦合狀態(tài)分析
        5.3.2 共振與非共振狀態(tài)的電場分布
        5.3.3 幾何參數(shù)對結構吸收性能的影響
        5.3.4 結構周期與共振峰波長的關系
        5.3.5 結構的傳感性能
    5.4 本章小結
6 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀學位期間取得的研究成果
    (一)公開發(fā)表的論文(以第一作者身份發(fā)表論文9篇,其余為參與作者)
    (二)參加科研項目
    (三)學術會議


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于化學氣相沉積技術的粉體石墨烯的制備及能源領域應用[J]. 慈海娜,孫靖宇.  科學通報. 2019(32)
[3]利用表面等離激元成像檢測化學氣相沉積法生長石墨烯[J]. 魏茹雪,王延偉,江麗雯,孫旭晴,劉虹遙,王暢,路鑫超,盧維爾,夏洋,黃成軍.  光學學報. 2019(11)
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[5]石墨烯在鋰離子電池和超級電容器中的應用展望[J]. 崔超婕,田佳瑞,楊周飛,金鷹,董卓婭,謝青,張剛,葉珍珍,王瑾,劉莎,騫偉中.  材料工程. 2019(05)
[6]石墨烯及其衍生物在催化領域的應用[J]. 李孟輝,袁鳴蔚,黃佳,吳鴻杰,李進軍,游志雄.  分子催化. 2019(02)
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碩士論文
[1]化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜及其光譜表征[D]. 李斌.鄭州大學 2019



本文編號：3206752