[发明专利]一种射频微波器件及微量氮掺杂石墨烯薄膜

说明书

本发明公开了一种射频微波器件及微量氮掺杂石墨烯薄膜。氮掺杂石墨烯薄膜，采用以下方法制备而来：将聚酰亚胺、聚酰胺、氮掺杂石墨烯印刷成膜，厚度控制在5‑100μm；50‑200℃热压成型，制得石墨薄膜；将所得石墨薄膜置于石墨高温炉，分别经200‑600℃与2000‑3000℃热处理，最后50‑200℃热压成型，制得柔性石墨烯薄膜。射频微波器件采用上述氮掺杂石墨烯薄膜制备而来。本发明制备的石墨烯薄膜与传统的碳基材料相比具有高面内取向结构，是的其有优良的导电性和低平面阻抗，其导电率可以比拟金属导电性，同时，具有低消耗特性，并且可以弯曲，成本低廉、制作过程简单、更加环保的优点。

技术领域

本发明属于新型材料制备领域，具体涉及一种微量氮掺杂石墨烯薄膜及射频微波器件。

背景技术

射频微波器件是无线电设备的重要组成部分。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递消息的，都是依靠射频微波器件和其组成的系统来进行工作。因此，发展射频微波器件意义重大。目前，大多数的射频微波器件的制备材料是由金属铝、铜、金等组成，材料本身价格昂贵,且制作过程复杂,这大大提高了生产成本,并且金属天线耐腐蚀和机械柔韧性方面有一定的不足。因此，找到一种合适的材料来代替金属材料设计射频微波器件的意义重大。

近年来，碳基材料的各种不同的同素异形体被广泛的应用在电子领域，例如碳纳米管、石墨烯、石墨等。优良的碳基材料比大多数金属表现出更有利性能，比如柔性、机械可靠性、轻便行、光学特性以及在恶劣环境下的可靠性等。由于其有良的特性，各种碳基材料被用来制作射频微波器件。比如Mitra Akbari等在2016年报道了将石墨烯用作制造天线的材料，设计制作了一种偶极子天线[IEEE Antennas&Wireless Propagation Letters,2016,15:1569-1572.]。研究证明，碳基材料的天线具有低成本，对环境友好的特点。又如A.Mehdipour等人在2009年报道了使用碳纤维设计制作出一种碟形天线[IEEE Xplore,2009:1-4.]。然而，目前所使用的新型碳材料制备的薄膜导电性能相对金属材料的导电率(10⁷S/m)还远远不足，且面电阻较大，所制作的天线增益等性能均不理想，限制了其作为天线等无源器件的制作材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有高导电性及良好物理性能的石墨烯薄膜；另一目的还提供了一种射频微波器件。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种氮掺杂石墨烯薄膜，采用以下方法制备而来：

1)将聚酰亚胺、聚酰胺或氮掺杂石墨烯印刷成膜，厚度控制在5-100μm；50-200℃热压成型，制得石墨烯前驱体薄膜；

2)将所得石墨烯前驱体薄膜置于石墨高温炉，分别经200-600℃与2000-3000℃热处理，最后50-200℃热压成型，制得柔性石墨烯薄膜。

按上述方案，步骤2中200-600℃与2000-3000℃热处理时间分别为30-180分钟、60-180分钟。

一种射频微波器件，包括天线、传输线、滤波器、耦合器、谐振器；

所述的天线采用上述氮掺杂石墨烯薄膜制备而来。

按上述方案，所述射频微波器件频率范围为10MHz-30GHz。

本发明制备的石墨烯薄膜与传统的碳基材料相比具有高面内取向结构，使得其有优良的导电性和低平面阻抗，其导电率可以达到10⁶S/m，可比拟金属导电性，这为制作高性能天线提供了必要的导电率。

另外经高温退火处理与氮掺杂的石墨烯膜具有良好的导电性，抗腐蚀能力强，柔软性能好，对不同曲率半径有较稳定的电抗性能，这为制作柔性天线提供了条件。