石墨烯的高頻電磁特性及其微波近場回響的研究

《石墨烯的高頻電磁特性及其微波近場回響的研究》是依託電子科技大學,由吳喆擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯的高頻電磁特性及其微波近場回響的研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳喆

項目摘要

石墨烯具有超高頻率操作回響的優異性能。為發展其在高頻電路中的套用，亟需發展一種區別於傳統的測試材料平均高頻特性的表征手段和測試方法，精確的探測石墨烯的高頻特性,研究不同條件下石墨烯的局域高頻性能，以改進制作工藝和提升石墨烯的質量，為今後器件級的研究打下基礎。本研究主要針對目前難以測試的新材料（如石墨烯）的高頻電磁特性表征和近場電磁特性表征的需求，擬採用算機輔助修正的微波諧振腔微擾法測試，以實現對少量、任意形狀石墨烯樣品的高頻電磁特性的準確測試。採用微波近場測試系統，將微波能量集中到微波探針的近場區域中，通過薄膜樣品的微波近場回響獲取高頻電磁特性。對薄膜進行微波近場成像，可用於檢驗具有圖案結構的薄膜樣品和探測缺陷。將採用不同摻雜和表面處理的石墨烯樣品驗證上述的高頻及近場測試方法，該測試系統將可能推廣並形成對新型材料高頻電磁特性測試和表征的一般方法。

結題摘要

石墨烯具有超高頻率操作回響的優異性能。為發展其在高頻電路中的套用，亟需發展一種區別於傳統的測試材料平均高頻特性的表征手段和測試方法，精確的探測石墨烯的高頻特性，研究不同條件下石墨烯的局域高頻性能，以改進制作工藝和提升石墨烯的質量，為今後器件級研究和大力發展石墨烯產業打下基礎。本項目主要針對新材料（如石墨烯）的高頻電磁特性表征的需求，採用微波諧振腔微擾法測試結合微波近場測試，將微波能量集中到微波探針的近場區域中，通過樣品的微波近場回響獲取高頻電磁特性。對樣品進行微波近場成像，可用於檢驗具有圖案結構的樣品和探測樣品缺陷。採用標準介電材料樣品、金屬樣品以及不同的石墨烯樣品驗證上述的微波近場測試方法，該方法可能推廣成為新型材料高頻電磁特性測試和表征的一般方法。 該項目的研究按計畫進行，研究目標已基本完成。設計和搭建了一套計算機控制的微波近場測試系統，可實現微波定點測試、微波掃描成像的功能。用標準樣品（如標準介質、金屬塊材）等進行了測試和標定，該系統運行穩定，測試結果可靠。該系統給出了一種無損檢測樣品，結合計算機仿真修正提取電磁參數的方法，且具有微探針和掃描成像的功能，可廣泛套用於多種新材料以及微結構的測試和表征，發展為一種標準測試方法。 製備了一系列不同摻雜和表面處理的石墨烯樣品，用於微波近場測試。對石墨烯樣品的微波近場測試的初步結果表明，石墨烯對微波近場回響明顯。從S參數上可以敏銳的區分出外觀、形貌類似的石墨烯樣品。石墨烯樣品呈現複雜的電磁學特性，未充分氧化還原的石墨烯樣品既具有很大的介電常數實部，也存在由於高電阻導致的微波能量損耗。如電泳法、化學法等製備大規模石墨烯的方法很難做到控制石墨烯質量，而大力發展石墨烯產業，大規模製備石墨烯必須以石墨烯產品的質量監控為保障。本項目給出的微波近場測試石墨烯的方法，給出了一種快速、無損表征石墨烯缺陷、控制石墨烯質量的方法。