[发明专利]一种基于波导法的二维材料阻抗特性测试方法

说明书

本发明公开了一种利用波导法测试石墨烯三明治结构动态表面阻抗的计算方法，属于微波器件技术领域。通过建立等效电路，给出了石墨烯表面阻抗与S参数的关系，并利用MATLAB求解矩阵方程，得到了石墨烯表面阻抗的准确解。相比于以往报道的工作，提高了石墨烯阻抗求解的精确度。本发明不仅适用于石墨烯的方阻测试，而且推广到各种二维材料的测试当中，对于推动二维材料的研究与应用有着重要的意义。

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，具体可用于二维材料的表面阻抗测试，对于推动二维材料的制备研究与应用研究有着重要的作用。

背景技术

随着社会的高速发展与科技水平的飞速进步，电子信息技术与国防安全以及日常生活结合的愈发紧密。同时，军事方面和消费者对电子产品的要求也从满足基础功能上升至具有小型化、多功能、低功耗、高稳定等性能。为了实现这些指标保持电子信息产业不断升级，在延续传统硅基半导体工艺的同时，需要不断探索新型材料并将其设计应用于电路、天线等器件以寻求大幅度的性能提升。碳基材料是材料家族里面的重要一员，它本身固有的优良的物理性质引起了人们广泛关注，而二维平面碳基材料石墨烯则是其中的佼佼者。

2004年，曼彻斯特大学的Geim和Novoselov采用机械剥离的方法首次成功制备石墨烯后，立即引发了全世界研究学者们的巨大兴趣，学术界掀起了一轮对二维材料研究的热潮。石墨烯同时具有透光率高、热导率高、杨氏模量高、电子迁移率高等特点，这些优秀的光学、力学、热学及电学性质使得石墨烯在诸如导电墨水、化学传感器、发光器件、复合材料、太阳能发电以及能源存储、柔性触摸屏、高频晶体管、透明导电薄膜等领域崭露头角，取得了广泛的应用前景。对于电磁领域而言，石墨烯的原子级别厚度以及电导率可调特性恰好能够满足电子器件对轻、薄、柔的需求，其中石墨烯的电导率可调特性更是使得其在动态调控器件，诸如电磁开关、调节器、等离子体、隐身、波束控制、吸波器的研究中大放异彩，石墨烯也因此迅速成为材料能源、物理化学和信息技术等领域的热点，对石墨烯的研究有望成为改变信息系统的革命性技术。

受限于不成熟的制备技术及测试手段，早期的石墨烯研究大多是理论仿真，其建模依据为kubo公式，为了获得预期的电磁性质，石墨烯的电磁参数以及调控结构的设计上或多或少的忽视了其实验加工可行性。为了使得石墨烯真正的走向应用，对于石墨烯的实验研究也逐步开展。2010年，韩国成均馆大学研究团队将“卷对卷”技术应用于石墨烯的生长(Bae,S.et al.Roll-to-roll production of30-inch graphene films fortransparent electrodes.Nat.Nanotechnol.2010,5,574–578.)；2015年，土耳其比尔肯大学团队利用“石墨烯-离子液-石墨烯”的三明治结构成功调控分米量级石墨烯的表面阻抗(Balci,O.；Polat,E.O.；Kakenov,N.Graphene-enabled electrically switchableradar-absorbing surfaces.Nature commun.2015,6,6628.)。这些关键技术的出现进一步促使着国内外的研究者们将对石墨烯的研究重心从单纯的理论设计逐步向理论与实验结合的方向倾斜,尤其是基于石墨烯的微波、毫米波器件，在国际上已经取得一定进展。