本文關(guān)鍵詞：新型碳納米材料微波特性實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：材料特性決定應(yīng)用。為了將碳納米管和石墨烯應(yīng)用于微波毫米波領(lǐng)域,本論文研究了水平排列多壁碳納米管薄膜在微波頻段的各向異性導(dǎo)電特性、石墨烯在微波頻段的導(dǎo)電特性,并探討了石墨烯在X波段的一些應(yīng)用。本論文首先實(shí)驗(yàn)研究了水平排列多壁碳納米管(HA-MWCNTs)薄膜材料在Ku,Ka以及Q波段的各向異性導(dǎo)電特性。實(shí)驗(yàn)樣品采用化學(xué)氣相沉淀法(CVD)結(jié)合機(jī)械滾軋法制備；樣品的拉曼光譜表明滾軋過(guò)程未破壞碳納米管分子結(jié)構(gòu),SEM指出碳納米管取向基本一致；通過(guò)對(duì)比三明治和封閉式波導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),封閉式波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可有效的避免能量泄漏,因而被用來(lái)進(jìn)行樣品的S參數(shù)測(cè)試；考慮到樣品是由碳納米管薄膜,聚酰亞胺薄膜以及泡沫構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)的Nicolson-Ross-Weir (NRW)算法無(wú)法用來(lái)直接提取碳納米管薄膜的電導(dǎo)率,因此我們從實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的信號(hào)流圖出發(fā),發(fā)展了基于測(cè)試S參數(shù)的樣品復(fù)面電導(dǎo)率提取算法并驗(yàn)證了算法的正確性�；谠摲椒ǖ奶崛〗Y(jié)果表明,樣品具有一定的各向異性導(dǎo)電特性；同時(shí),樣品復(fù)面電導(dǎo)率的實(shí)部在測(cè)試頻段內(nèi)幾乎不隨頻率變化,而虛部隨頻率線(xiàn)性增加,因而,樣品在物理上可視為一個(gè)RC并聯(lián)電路。為了表征提取結(jié)果的不確定度,還基于測(cè)試系統(tǒng)誤差和物理參數(shù)誤差進(jìn)行了誤差分析,結(jié)果表明軸向電導(dǎo)率的準(zhǔn)確度要優(yōu)于周向電導(dǎo)率。其次,研究了單層石墨烯在微波頻段(1-10GHz)的導(dǎo)電特性。為了滿(mǎn)足微波毫米波應(yīng)用對(duì)石墨烯樣品尺寸的需求,采用CVD方法制備了單層石墨烯樣品,并通過(guò)分析選取接觸法對(duì)石墨烯進(jìn)行S參數(shù)測(cè)量,設(shè)計(jì)了共面波導(dǎo)作為實(shí)驗(yàn)夾具。在對(duì)樣品進(jìn)行射頻測(cè)試時(shí),其結(jié)果不可避免的包含了夾具寄生參數(shù)的影響,本文采用去嵌入算法校除測(cè)試S參數(shù)中共面波導(dǎo)寄生效應(yīng)的影響,獲得樣品的阻抗分布。提出由一個(gè)RL串聯(lián)電路和兩個(gè)RC并聯(lián)電路構(gòu)成的石墨烯樣品等效電路模型,并與樣品的阻抗分布進(jìn)行參數(shù)擬合,得到石墨烯的面阻抗。結(jié)果表明,石墨烯樣品在測(cè)試頻段內(nèi)感性較弱,呈電阻性,驗(yàn)證了Kubo公式的結(jié)論,且其阻值與文獻(xiàn)中直流、太赫茲以及光學(xué)頻段的測(cè)試值較為一致。結(jié)果還指出,石墨烯與測(cè)試采用的金電極接觸電阻遠(yuǎn)小于石墨烯的電阻,表明接觸法可有效的用于測(cè)試石墨烯樣品。最后,基于石墨烯薄膜嘗試研究X波段微波吸波體和微帶天線(xiàn)。對(duì)于微波吸波體,在理論方面,通過(guò)仿真驗(yàn)證了石墨烯構(gòu)建可控Salisbury屏微波吸波體的可行性,結(jié)果表明當(dāng)石墨烯面阻抗發(fā)生變化時(shí),結(jié)構(gòu)的吸波效果會(huì)發(fā)生明顯變化；在實(shí)驗(yàn)方面,通過(guò)構(gòu)建石墨烯類(lèi)FET結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了石墨烯面電阻的控制,并基于此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工了Salisbury屏,弓形法測(cè)試結(jié)果表明該Salisbury屏不僅能有效的吸收微波能量,且吸收率可通過(guò)調(diào)節(jié)石墨烯面電阻來(lái)進(jìn)行控制。對(duì)于石墨烯微帶天線(xiàn),仿真結(jié)果表明當(dāng)用石墨烯薄膜替代微帶天線(xiàn)中的金屬輻射貼片時(shí),改變石墨烯的阻抗會(huì)使天線(xiàn)的回波和輻射方向圖產(chǎn)生較大變化。但在石墨烯天線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中,由于石墨烯的阻抗變化較小,未觀(guān)察到較為明顯的回波變化。
【關(guān)鍵詞】：水平排列碳納米管薄膜 微波 面電導(dǎo)率 各向異性 波導(dǎo) 石墨烯 共面波導(dǎo) 費(fèi)米能級(jí) 微波吸波體 微帶天線(xiàn) Salisbury屏
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-16
• 第1章 緒論16-28
• 1.1 引言16-17
• 1.2 碳納米管材料電磁特性的實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.1 單根碳納米管17-18
• 1.2.2 宏觀(guān)碳納米管材料18
• 1.3 碳納米管的應(yīng)用概述18-22
• 1.3.1 有源器件19-20
• 1.3.2 無(wú)源器件20-22
• 1.4 石墨烯的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-26
• 1.4.1 石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管23-24
• 1.4.2 石墨烯的無(wú)源應(yīng)用24-26
• 1.5 論文研究?jī)?nèi)容26-28
• 第2章 水平排列多壁碳納米管薄膜28-40
• 2.1 引言28
• 2.2 水平排列多壁碳納米管薄膜的導(dǎo)電特性28-33
• 2.2.1 單根碳納米管28-32
• 2.2.2 水平排列碳納米管薄膜導(dǎo)電特性的定性描述32-33
• 2.3 碳納米管的常見(jiàn)制備方法33-34
• 2.3.1 弧光放電法33
• 2.3.2 激光高溫?zé)品?/span>33-34
• 2.3.3 化學(xué)氣相沉積法34
• 2.4 水平排列碳納米薄膜實(shí)驗(yàn)樣品的制備過(guò)程34-38
• 2.4.1 垂直排列碳納米管的生長(zhǎng)35-36
• 2.4.2 水平排列碳納米管的制備36-37
• 2.4.3 轉(zhuǎn)移碳納米管37-38
• 2.5 結(jié)論38-40
• 第3章 水平排列多壁碳納米管薄膜各向異性微波導(dǎo)電特性實(shí)驗(yàn)研究40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)40-42
• 3.3 Ka波段各向異性測(cè)試結(jié)果42-44
• 3.4 表面電導(dǎo)率提取44-48
• 3.5 誤差分析48-51
• 3.6 寬帶特性及結(jié)果分析51-54
• 3.7 結(jié)論54-56
• 第4章 石墨烯微波導(dǎo)電特性的實(shí)驗(yàn)研究56-70
• 4.1 引言56
• 4.2 石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介56-58
• 4.3 石墨烯的面電導(dǎo)率模型58-59
• 4.4 石墨烯樣品制備59-62
• 4.4.1 石墨烯的常見(jiàn)制備方法簡(jiǎn)介59-60
• 4.4.2 制備過(guò)程60-62
• 4.5 基于共面波導(dǎo)的石墨烯微波面電導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)研究62-68
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)及測(cè)試結(jié)果62-64
• 4.5.2 石墨烯方阻提取64-68
• 4.6 結(jié)論68-70
• 第5章 石墨烯的微波應(yīng)用研究70-88
• 5.1 引言70
• 5.2 基于石墨烯的可調(diào)控微波吸波體的理論研究70-75
• 5.2.1 雷達(dá)散射截面簡(jiǎn)介70-71
• 5.2.2 基于石墨烯的Salisbury屏71-75
• 5.3 基于石墨烯的可調(diào)控Salisbury屏的實(shí)驗(yàn)研究75-82
• 5.3.1 石墨烯電壓偏置結(jié)構(gòu)75-77
• 5.3.2 石墨烯Salisbury屏的加工制備77-80
• 5.3.3 X波段反射率測(cè)試結(jié)果80-82
• 5.4 石墨烯微帶天線(xiàn)82-87
• 5.4.1 微帶天線(xiàn)簡(jiǎn)介82-83
• 5.4.2 石墨烯微帶天線(xiàn)結(jié)構(gòu)83-84
• 5.4.3 石墨烯微帶天線(xiàn)的性能仿真84-85
• 5.4.4 S參數(shù)測(cè)試85-87
• 5.5 結(jié)論87-88
• 第6章 結(jié)論與展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 致謝96-98
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和取得的研究成果98

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