基于多层F-P谐振腔的石墨烯吸波体设计

为了研究当单层石墨烯位于多层Fabry-Pérot(F-P)谐振腔中时,系统近全吸波模式与多层F-P谐振腔数目之间的关系,同时提高系统对吸波模式的调控能力,采用严格耦合波分析法,对石墨烯多层F-P谐振腔系统的吸波响应进行了研究,分析了临界耦合条件下双层和3层F-P谐振腔结构的光谱响应特征。结果表明,双层和3层F-P谐振腔可调谐近全吸波体,分别形成了两个99%以上和3个96%以上的近全吸波模式;通过对石墨烯掺杂可以实现对3层F-P谐振腔系统吸波特性的调节,通过改变3层谐振腔的结构可以控制系统吸收模式的数量和相对位置。该研究为可调近全吸波系统引入更丰富的吸波线型。     

基于三维石墨烯的可拉伸太赫兹吸波材料

通过将三维石墨烯材料与聚二甲基硅氧烷薄膜相结合,设计并研制了一种宽带可拉伸的太赫兹波吸收材料,设计结构可以使三维石墨烯在聚二甲基硅氧烷层的保护下实现大幅度拉伸。实验结果表明,该吸波材料在0.2~1.1 THz的测试范围内有最高90%的吸收率,同时在20%的拉伸量下复合结构对太赫兹波吸收率基本保持不变,并且在去掉外力时材料样品的结构和性能均可恢复至原始状态。可拉伸太赫兹吸波材料具有带宽大、吸收率高、加工简单以及可大面积制备等优点,在太赫兹吸收器等领域中具有潜在的应用价值。     

基于石墨烯超材料的角度不敏感双频吸波器研究

本文研究了一种基于石墨烯超表面结构,该结构由多个石墨烯条和圆环,介质层和金属层组成.利用时域有限差分法研究了该超表面结构的电磁特性.研究结果表明,该结构具有双波段电磁吸收特性.本文从石墨烯的化学电位势、结构参数、电磁波入射角和电磁场分布等方面研究该双频吸波器的吸收机制.研究发现在该结构中,改变石墨烯条的化学电位势可以影...     

石墨烯基吸波材料研究新进展

石墨烯以其独特的二维结构和极佳的电性能被用作介电损耗基材,将石墨烯与磁损耗基材复合,可达到优异的吸波性能。介绍了石墨烯基复合吸波材料的制备方法、吸波机理和吸波特性等,并对其发展趋势进行了展望。     

基于石墨烯的太赫兹透明吸波器设计

透明太赫兹吸波器既可在太赫兹波段实现吸波功能,又对可见光透明,隐蔽性高,因此其在电磁隐形等领域具有广泛应用。文中设计了一种基于石墨烯的太赫兹双频吸波器,它由方形加枝节的石墨烯上层宽带吸波结构和石墨烯-ITO 嵌套形下层窄带吸收结构构成,实现了独立可调的双频吸波功能。经仿真调试,该吸波器能够通过改变石墨烯费米能,分别在1.98~3.64 THz 范围内调节实现90%以上宽频带吸收率和在4.6~4.9 THz 范围内调节实现96%以上吸收率。经验证,该吸波器具有极化不敏感、宽入射范围等优点。     

1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。     

混浊液态食品介质中脂肪的近红外光学特性研究

脂肪是多数食品中含有的典型且重要的营养成分,同时从光学测量的角度分析,也是决定食品光学特性的重要组成成分。本文对混浊液态食品介质中脂肪在近红外波段的光学特性进行研究。采用牛奶作为基体通过添加稀奶油得到的样品作为复杂液态食品介质的模拟物,应用双积分球技术在10000~6000cm-1的近红外波段范围测量脂肪含量变化引起的光学特性变化。结果表明,脂肪含量的变化会使吸收系数和散射系数都发生改变,而且散射系数的变化更大。本文的工作为应用近红外光谱技术进行混浊液态食品介质的测量提供了光学上的理论指导。     

石墨烯/EPS颗粒填充水泥的宽频吸波性能

水泥基复合材料内部同时添加发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒及石墨烯吸收剂可改善其阻抗匹配特性,并提升水泥的吸波性能。石墨烯/EPS颗粒填充水泥样品测试结果表明:样品厚度、EPS的填充量对其吸波性能影响显著;再加入适量的石墨烯后,样品吸收性能有明显改善。石墨烯含量2%、EPS填充率60%、水泥材料厚度30 mm时,石墨烯/EPS填充水泥样品8?12 GHz的反射损耗小于-10 dB。     

频率选择表面谐振特性在吸波材料中的应用

利用等效电路法(ECM)及时域有限差分(FDTD)算法分析了频率选择表面(FSS)在2.0～18.0GHz的传输特性,并进行自由空间法测试;同时对含FSS复合吸波材料进行了仿真分析与弓形法反射率测试。结果表明,利用FSS谐振特性与吸波材料吸收特性相互作用,反射率小于–10.0dB的合格带宽可达到7.2GHz(5.0～12.2GHz),有效展宽了反射率曲线的合格带宽,实现了吸波材料吸收性能的宽频化设计。     

基于石墨烯探测器的积分电路设计

为了解决石墨烯探测器光电探测的难题,针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点,设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分,电路主要利用暗像元电阻不随光照变化,而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点,将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流,并采用CTIA积分电路进行电流积分,将光响应电流转换为积分电压输出,进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析,并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析,基于文中的积分电路,可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见,所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求,对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。     

基于碳管/石墨烯/GaAs双异质结自驱动的近红外光电探测器

基于单壁碳纳米管(SWCNT)/单层石墨烯/GaAs双异质结结构构筑了自驱动近红外光电探测器,利用GaAs优异的光电特性和石墨烯的高载流子迁移率特点,该光电探测器在无偏压情况下光电响应率可达393.8mA/W,比探测率达到6.48×1011 Jones,开关比为103。而且,利用半导体性SWCNT对近红外光子的高吸收特性以及SWCNT/石墨烯异质结对SWCNT产生光生载流子进行有效分离,使得该双异质结光电器件的光谱响应可拓展至1 064nm,突破了GaAs自身的响应极限860nm。     

Graphene and MXene Nanomaterials: Toward High‐Performance Electromagnetic Wave Absorption in Gigahertz Band Range

Searching for advanced microwave absorption (MA) nanomaterials is one of the most feasible ways to address the increasing electromagnetic pollution in both military and civil fields. To this end, graphene and MXene have won the widespread attention as the main representatives due to their remarkable structures and properties. The common features such as the large aspect ratio, active chemical surface, and varieties of synthesis processes endow graphene and MXene with unique superiorities for developing high‐efficiency MA structures, in particular lightweight assemblies and various hybrids. Meanwhile, the structural and performance differences (such as different conductivities) between them result in distinctive techniques in the design, fabrication, and application of their MA materials. Herein, the research progress in graphene‐ and MXene‐based MA materials is reviewed, with a special focus on advances in general strategies. Moreover, through the comparison between graphene‐ and MXene‐based MA materials, their respective advantages in achieving high‐performance MA are presented. Furthermore, the future challenge, research orientation, and prospect for these MA materials are also highlighted and discussed.     

结构参数对微穿孔板结构声学特性的影响研究

微穿孔板结构声学特性与结构参数密切相关,该文讨论了这些结构参数对吸声性能的影响.采用传递矩阵法计算微穿孔板结构的声学特性,在验证理论计算结果可靠的基础上,研究结构参数(如穿孔率、微孔直径、板厚和空腔距离)对微穿孔板结构吸声性能的影响规律.结果表明,穿孔直径、板厚和穿孔率主要影响吸声结构的共振吸声峰值,空腔厚度主要影响共振基频;共振吸声峰值随穿孔率、微孔直径和空腔厚度增加而降低,随板厚增加而增大.增加穿孔率,共振基频向低频移动;而增加微孔直径、板厚和空腔厚度,共振基频向高频移动;吸声频带宽度随穿孔率增大而增加,随微孔直径、板厚和空腔厚度增加而变窄.     

Electromechanical Actuators Based on Graphene and Graphene/Fe3O4 Hybrid Paper

Exceptionally high specific surface area, mechanical strength, electrical conductivity, and a special two‐dimensional structure make graphene a highly promising material for electromechanical actuators. Electromechanical actuators are fabricated using flexible graphene‐based paper prepared via a filtration process, and the stroke of these graphene‐based actuators is directly measured during electrochemical double‐layer charge injection. Actuation strain up to 0.064% was obtained for pristine graphene paper in response to an applied potential of –1 V in 1 M NaCl solution. Double‐layer charge injection in graphene sheets is believed to induce actuation strain through a combination of coulombic and quantum‐chemical‐based expansion. To increase electrochemical‐double‐layer capacitance and actuator performance, Fe₃O₄ nanoparticles were used to partially prevent graphene sheets from restacking and allow the electrolyte ions to infiltrate the resulting magnetic graphene paper more easily. The magnetic graphene paper exhibits actuation strain as large as 0.1% at –1 V applied potential, which is about 56% higher than that of the pristine graphene paper.     

Asymmetric Supercapacitors Based on Graphene/MnO2 Nanospheres and Graphene/MoO3 Nanosheets with High Energy Density

Asymmetric supercapacitors with high energy density are fabricated using a self‐assembled reduced graphene oxide (RGO)/MnO₂ (GrMnO₂) composite as a positive electrode and a RGO/MoO₃ (GrMoO₃) composite as a negative electrode in safe aqueous Na₂SO₄ electrolyte. The operation voltage is maximized by choosing two metal oxides with the largest work function difference. Because of the synergistic effects of highly conductive graphene and highly pseudocapacitive metal oxides, the hybrid nanostructure electrodes exhibit better charge transport and cycling stability. The operation voltage is expanded to 2.0 V in spite of the use of aqueous electrolyte, revealing a high energy density of 42.6 Wh kg^?1 at a power density of 276 W kg^?1 and a maximum specific capacitance of 307 F g^?1, consequently giving rise to an excellent Ragone plot. In addition, the GrMnO₂//GrMoO₃ supercapacitor exhibits improved capacitance with cycling up to 1000 cycles, which is explained by the development of micropore structures during the repetition of ion transfer. This strategy for the choice of metal oxides provides a promising route for next‐generation supercapacitors with high energy and high power densities.     

基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器的设计

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜,设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论,分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明,增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论,研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论,建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型,并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真,验证了模型的准确性,为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。     

一种氧化石墨烯-银纳米线可拉伸透明导电薄膜

柔性电子器件主要应用于折叠手机、医疗健康监测、人工智能和太阳能电池等方面,是当前研究的热点。针对银纳米线(AgNW)与衬底之间存在的粘附性较弱、易剥落、在空气中易氧化而使阻值变大等问题,文章设计了一种以PDMS为柔性衬底的三层透明导电薄膜,探究了曝光次数和氧化石墨烯不同涂覆方式对薄膜光电特性的影响。结果表明,该导电薄膜达到了12 Ω/□的方块电阻,透过率超过80%。在48%的拉伸情况下仍然保持着较好的导电性。