一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體制造技術

本發明專利技術公開一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，包括若干個結構單元，單元結構包括金屬基底、介質隔離層和石墨烯層，所述金屬基底的上端設置有所述介質隔離層，介質隔離層的上端設置有所述石墨烯層，在石墨烯層設置有一個正方形凹槽，所述正方形凹槽深入至介質隔離層，在所述正方形凹槽底部上端設置有正方形石墨烯片；通過控制外加電壓(偏壓)，調節石墨烯的費米能級，從而改變石墨烯的光學響應，進而改變吸波體的吸收率。本發明專利技術具有結構簡單、吸收率高、控制原理簡單等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體
本專利技術涉及太赫茲
，具體涉及一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體。
技術介紹
太赫茲波一般是指頻率介于0.1～10THz范圍內的電磁波，位于紅外波和微波之間。由于太赫茲波具有許多獨特性質，如瞬態性、寬帶性、低能性、相干性等，使得它在基礎研究領域、工業應用領域、醫學領域、軍事領域、生物領域以及通信領域中都具有重要的應用前景。目前，太赫茲波產生源與太赫茲波檢測被公認為是制約太赫茲技術發展的兩大關鍵問題。而太赫茲波的吸收和能量捕獲是實現太赫茲檢測的基礎，也是太赫茲波標定、調控、轉換和應用的核心問題。因此，太赫茲寬帶吸波技術成為了當前太赫茲
研究的熱點之一。近年來，基于超材料的太赫茲吸波體受到人們的關注，這是因為它在微型測輻射熱儀、太赫茲成像、太赫茲隱身技術、太赫茲通信、食品安全等領域具有重要的應用前景。在許多應用中，往往需要的是太赫茲寬帶吸波來制備傳感器、調制器、微型測輻射熱計和寬帶抗反射膜等寬帶太赫茲功能性器件。然而，傳統的超材料吸波體盡管通過改變其自身結構尺寸可以有效地調節其工作性能，但是結構一旦制作完成就很難改變，這就無法滿足日益增長的靈活需求。本專利技術在石墨烯的基礎上構建寬帶可調諧超材料太赫茲吸波體。利用這種結構制備的吸波器具有寬帶電可調、高吸收率、大入射角度、極化不敏感、厚度薄等特點。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種隨外界電壓變化可實現吸波效率改變的寬帶可調吸波體。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，其特征在于，單元結構包括金屬基底(1)、介質隔離層(2)和石墨烯層(3)，所述金屬基底(1)的上端設置有所述介質隔離層(2)，介質隔離層(2)的上端設置有所述石墨烯層(3)，在石墨烯層設置有一個正方形凹槽(31)，所述正方形凹槽(31)的四邊頂點與單元結構四邊的中點相連接，所述正方形凹槽(31)深入至介質隔離層，在所述正方形凹槽(31)底部上端設置有正方形石墨烯片(32)，所述正方形石墨烯片(32)的四邊頂點與正方形凹槽(31)四邊中點相連接；石墨烯連接外加電場，石墨烯的光學響應由外加電壓來控制。所述若干個單元結構周期性排列。所述若干個單元結構周期性排列，具體為：若干個單元結構的邊長相等。所述的金屬基底(1)為金、銀、銅或鋁，厚度為0.2～500微米。所述的介質隔離層(2)為二氧化硅，厚度為22微米。所述的石墨烯層(3)為單層原子排列結構。所述的金屬基底(1)作為反射鏡使用。通過控制外加電壓(偏壓)，控制石墨烯的費米能級，從而改變石墨烯的光學響應，進而改變吸波體的吸收率，實現調幅的亞波長太赫茲吸波體。由于正方形凹槽(31)和正方形石墨烯片(32)對水平和豎直極化不敏感，本專利技術可以實現大角度的吸收。與現有技術相比，本專利技術具有如下的效果和優點：(1)本專利技術由具有連續圖案的石墨烯所組成的，因此對于石墨烯費米能級的調節，只需要加載一個外界電壓在石墨烯表面即可，方便實現吸收率的靈活調控。(2)本專利技術結構簡單緊湊，具有一般性，通過尺度變換能夠用于中紅外、遠紅外、微波或其他波段。(3)本專利技術中的正方形凹槽和正方形石墨烯片對水平和豎直極化不敏感，可實現大角度吸收。附圖說明圖1：本專利技術實施例的單元結構示意圖。圖2：本專利技術實施例的單元結構俯視圖。圖3：本專利技術實施例0.6eV費米能級吸收曲線圖。圖4：本專利技術實施例0～0.6eV不同費米能級的吸收曲線圖。具體實施方式下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步詳細描述。參照圖1的寬帶可調諧吸波體結構，單元結構包括金屬基底(1)、介質隔離層(2)和石墨烯層(3)，所述金屬基底(1)的上端設置有所述介質隔離層(2)，介質隔離層(2)的上端設置有所述石墨烯層(3)，在石墨烯層(3)設置有一個正方形凹槽(31)，所述正方形凹槽(31)四邊的頂點與單元結構四邊的中點相連接，所述正方形凹槽(31)深入至介質隔離層(2)，在所述正方形凹槽(31)底部上端設置有正方形石墨烯片(32)，所述正方形石墨烯片(32)四邊的頂點與正方形凹槽(31)四邊的中點相連接；石墨烯(3)連接外加電場，石墨烯的光學響應由外加電壓來控制。金屬基底(1)采用銅，厚度為tm＝200納米，其電導率為4.56×107S/m。介質隔離層(2)采用二氧化硅，厚度為td＝22微米。單元結構邊長的形貌參照圖2所示，單元結構邊長p＝30微米。圖3為通過有限頻域差分方法計算出的不同極化波正入射時吸波體的吸收率。這里設定石墨烯的化學勢為0.6eV，馳豫時間為0.1ps。可以看出本專利技術吸波體的結構對入射的太赫茲波具有較強吸收特性，吸收率大于90％的帶寬達1.13THz，相對帶寬約為61.58％，并且該吸波體對極化方式不敏感，在水平極化和垂直極化下的吸收率完全相同。如圖4所示，當維持本實施例幾何參數固定時，將石墨烯的費米能級從OeV增加到0.6eV，所述寬帶可調吸波體的吸收率能夠在23％～100％范圍內調節，且費米能級越大，所述吸波體的吸收率也越大，是一種性能良好的吸收率可調的新型寬帶吸波體。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，其特征在于：包括若干個結構單元，單元結構包括金屬基底(1)、介質隔離層(2)和石墨烯層(3)，所述金屬基底(1)的上端設置有所述介質隔離層(2)，介質隔離層(2)的上端設置有所述石墨烯層(3)，在石墨烯層設置有一個正方形凹槽(31)，所述正方形凹槽(31)深入至介質隔離層，在所述正方形凹槽(31)底部上端設置有正方形石墨烯片(32)。/n

【技術特征摘要】
1.一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，其特征在于：包括若干個結構單元，單元結構包括金屬基底(1)、介質隔離層(2)和石墨烯層(3)，所述金屬基底(1)的上端設置有所述介質隔離層(2)，介質隔離層(2)的上端設置有所述石墨烯層(3)，在石墨烯層設置有一個正方形凹槽(31)，所述正方形凹槽(31)深入至介質隔離層，在所述正方形凹槽(31)底部上端設置有正方形石墨烯片(32)。


2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，其特征在于：所述若干個單元結構周期性排列。


3.根據權利要求2所述的一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，其特征在于：所述若干個單元結構周期性排列，具體為：若干個單元結構的邊長相等。


4.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的寬帶可調吸波體，其特征在于：所述正方形凹槽(31)四邊的頂點與單元結構四邊的中點相連接。


5.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡丹，王紅燕，閆淼，
申請(專利權)人：安陽師范學院，
類型：發明
國別省市：河南;41