通信工程专业-石墨烯超材料电磁散射特性研究

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石墨烯超材料电磁散射特性研究

摘要

2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,而证实它可以单独存在,两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由,共同获得2010年诺贝尔物理学奖。自从2004年被发现以来,石墨烯的应用掀起了世界各国科学家的研究热潮。

超材料最初被称为左手材料(LHM)或负折射材料(NIM),是由前苏联理论物理学家Veselago在1968年最先提出的,此后,随着研究的逐渐深入,众多突破性成果不断涌现,这种新型复合材料的人工实现,极大地丰富了微波、电路、光学、材料学等领域的材料选择,其表现出的新颖电磁响应特性立刻成为国际物理学界和电磁学界研究的热点。

本文的工作涉及一下几个方面内容:

(1)石墨烯以及超材料的发展历史及研究现状。

(2)石墨烯的建模方法,利用其电导率的可调性实现石墨烯模型的不同幅度特性及相位特性。

(3)对石墨烯单元模型进行有规律的排列,形成阵列,通过不同的排列方式来操控电磁波散射波瓣呈现出不同的形状特性及方向特性。

本文所建立的模型具有广泛的应用前景,比如相控阵天线技术、电磁隐身技术、电磁吸收技术等。

关键词:石墨烯;超材料;散射波瓣

Abstract

Physicist Andre Geim and Konstantin Novoselov from University of Manchester successfully separated graphene from graphite,and confirmed it can exist alone,the experiment was praised as a groundbreaking one for two-dimensional graphene materials,thus Andre and Konstantin shared the 2010 Nobel Prize for physics. Since graphene was found in 2004, its application has attracted amount of attention around the world.

M etamaterials was originally called left-handed materials (LHM) or negative refraction material (NIM), first proposed by the former Soviet Union theoretical physicist Veselago in 1968. since then, with the gradual in-depth study, many breakthrough emerged constantly. The artificial realization of this kind of new composite materials has greatly enriched the microwave,circuit, optical,materials and other fields.Its novel electromagnetic response immediately become an international hot topics in the study of physics and the electromagnetic field.

In this paper, our work involves several aspects:

(1) Develop_history and research staus of graphene and metamaterials.

(2) Introduce modeling methods of the graphene,the adjustable characteristics of graphene electrical conductivity give us the possibility to realize different amplitude and phase of unit model.

(3) Form different arrays through regular arrangement of graphene unit model and gain electromagnetic scattering lobe with different shape and direction characteristics.The established model in this paper has wide application prospects, such as the phased array antenna technique, the electromagnetic stealth technique and electromagnetic-absorbe technique, etc.

Key words: graphene;metameterial;scattering lobe

目录

第1章绪论 (1)

1.1石墨烯的发展历史及研究现状 (1)

1.2超材料的发展历史及研究现状 (3)

1.3 CST软件简介 (4)

1.4论文的主要内容和安排 (6)

第2章石墨烯阵列单元模型的建立 (8)

2.1石墨烯电磁建模的方法 (8)

2.2石墨烯的电导率 (8)

2.3石墨烯模型阵列单元模型 (9)

2.4本章小结 (11)

第3章散射波瓣形状控制阵列模型的建立 (12)

3.1石墨烯阵列单元的选取 (12)

3.2阵列模型的建立 (12)

3.3仿真结果分析 (13)

3.4本章小结 (14)

第4章散射波瓣方向控制阵列模型的建立 (15)

4.1石墨烯阵列单元的选取 (15)

4.2阵列模型的建立 (16)

4.3仿真结果分析 (16)

4.4本章小结 (17)

第5章模型的改进 (18)

5.1单元模型结构的修改 (18)

5.2阵列仿真方法优化 (20)

5.3本章小结 (21)

结束语 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

附录1:石墨烯表面阻抗MATLAB程序 (1)

附录2:公式3.1的证明 (3)

附录3:石墨烯超表面散射场MATLAB程序 (4)

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