用于微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射吸收的基于石墨烯的结构和方法技术

本发明专利技术涉及用于微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射吸收的基于石墨烯的结构和方法。用于将物体隐形于微波和太赫兹频率的电磁辐射的结构和方法包括将多个石墨烯片设置在物体周围。透明介电材料的中间层可被设置在石墨烯片之间以优化性能。在其他实施例中，石墨烯可被配制到涂料配方或织物中，并被施加到物体。所述结构和方法吸收微波和太赫兹频率的电磁辐射的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
用于微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射吸收的基于石墨烯的结构和方法本申请是申请日为2013年6月13日、申请号为201310233517.0、专利技术名称为“用于微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射吸收的基于石墨烯的结构和方法”的申请的分案申请。
本公开一般涉及使用石墨烯吸收宽带电磁波的结构和方法，更具体地，涉及被配置为吸收从电磁波发生源发射的微波和太赫兹频率的宽带电磁波的石墨烯片(graphenesheet)的方法和结构。
技术介绍
当前正在调查研究用于众多商业和军事应用的在微波和太赫兹频谱范围的宽带吸收材料的发展。例如，太赫兹雷达系统能够探测亚毫米级的目标的详细结构，同时能够根据吸收的频谱依赖性区分材料。对于军事应用，可基于频谱响应，通过名录(catalogue)或薄叶(thinfoliage)以及从背景辨别出的目标来侦测武器或人员。完全吸收所关注的(例如太赫兹频率的)入射电磁波以使得不发生透射和反射的宽带吸收材料的使用可被用来有效地隐藏目标。但是，用于该目的的大部分已知材料系统依赖于吸收频谱的谐振峰值，且因此仍然缺少宽带解决方案。
技术实现思路
根据实施例，一种用于吸收微波和太赫兹频率的电磁辐射的结构包括多个石墨烯片，所述多个石墨烯片位于将隐形(cloak)于电磁辐射的物体上或其周围。在一些情况下，该隐形结构还可包括位于相邻的石墨烯片之间的透明介电层。在另一实施例中，一种用于吸收微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射的结构包括多个石墨烯片，所述多个石墨烯片被配置为位于物体上或其周围以吸收微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射。在另一实施例中，用于吸收微波和太赫兹频率的电磁辐射的可移动(removable)结构包括含有石墨烯的织物，其中所述织物被配置为可移动地裹在物体周围，其中石墨烯具有能有效吸收微波和/或太赫兹频率的电磁辐射的至少一部分的量。通过本专利技术的技术还实现了另外的特征和优点。本专利技术的其他实施例和方面在此被详细描述并被认为是所要求保护的专利技术的一部分。为了更好地理解本专利技术的优点和特征，参考说明和附图。附图说明在说明书的结尾处的权利要求书中具体地指出并明确地要求保护被认为是本专利技术的主题。通过以下结合附图进行的详细描述，本专利技术的前述和其他特征和优点将变得明显，在附图中：图1示例出远红外和太赫兹波段中单个石墨烯层的透射频谱。图2示例出根据实施例用于吸收微波和太赫兹频谱的电磁辐射的电磁宽带吸收结构，该结构包括多个石墨烯片。图3示例出根据实施例用于吸收微波和太赫兹频谱的电磁辐射的电磁宽带吸收结构，该结构包括通过透明介电层分隔的多个石墨烯片。图4示例出根据实施例用于吸收微波和太赫兹频谱的电磁辐射的电磁宽带吸收结构，该结构包括含有石墨烯鳞片(grapheneflake)的涂层。具体实施方式本文中公开了用于吸收处于微波和太赫兹频率的从电磁辐射源发射的电磁辐射的至少一部分的电磁宽带吸收结构和方法。通过提供对微波和太赫兹频率的电磁波的宽带吸收，由于宽带电磁波被吸收且没有发生透射或反射，因此可以在这些频率下有效地隐藏物体。本文中使用的术语“微波”一般而言是指1毫米到1米的波长范围(即，300MHz到300GHz)，而术语“太赫兹”一般而言是指在1000到100微米之间的波长范围内(即，300GHz到3THz)的亚毫米波能。电磁宽带吸收结构通常由多个石墨烯片形成，其中电磁宽带吸收结构能有效地吸收微波和太赫兹频率的电磁辐射的至少一部分。石墨烯片的数量通常取决于所预期的应用和具体应用所需的最小反射。典型的石墨烯“层”可包括单个石墨烯片或多个石墨烯片，例如，在一些实施例中是1片到1000片，在其他实施例中是约10片到100片。在大部分实施例中，所产生的由石墨烯片组成的石墨烯层可具有约1纳米到约100纳米的厚度，而在其他实施例中具有约10nm到约80nm的厚度。石墨烯是一种以平面六角形结构排列的二维的碳原子同素异形体。其以有用的电子特性为特征，这些电子特性包括两极性、高纯度、高迁移率、高临界电流密度。已报导了在室温下高达200,000cm2/Vs的电子迁移率值。在结构上，石墨烯具有由sp2杂化而形成的杂化轨道。在sp2杂化中，2s轨道和三个2p轨道中的两个混合而形成三个sp2轨道。剩下的一个p轨道在碳原子之间形成π键。与苯的结构相似，石墨烯的结构具有p轨道的共轭环，该共轭环呈现出比仅通过共轭的稳定性所期望的更强的稳定性，即，石墨烯结构是芳族结构。与诸如金刚石、无定形碳、碳纳米泡沫(carbonnanofoam)、或富勒烯的其它碳的同素异形体不同，石墨烯不是碳的同素异形体，这是因为石墨烯的厚度是一个原子碳层，即，一个石墨烯片不形成三维晶体。石墨烯具有不寻常的带结构，其中锥形电子和空穴袋仅在动量空间中的布里渊区(Brillouinzone)的K点处相遇。电荷载流子(即电子或空穴)的能量具有对载流子的动量的线性相关性。结果，载流子如同具有零有效质量的相对的狄拉克-费米子(Dirac-Fermions)，并以ceJf￡l06米/秒的有效光速移动。其相对量子力学行为由狄拉克方程支配。结果，石墨烯片具有在4K下最高60,000cm2/V-sec的大载流子迁移率。在300K下，载流子迁移率为约15,000cm2/V-sec。而且，在石墨烯片中已观察到量子霍尔效应。K(K’)点附近的石墨烯的线性色散导致非常宽带波长范围的垂直入射光的恒定的带间吸收(从价带到导带，约2.3％)。更有趣的是，在微波和太赫兹频率范围，带间吸收占优势，并且，依赖于石墨烯中的载流子浓度，单个层在300微米的光波长下可吸收多达30％，这可从图1中提供的透射频谱得到证明。结果，将石墨烯用于微波和太赫兹频率吸收具有众多优点，例如，其为超薄的且相对于其他材料是有效的吸收层。而且，由于石墨烯是由以蜂窝晶格堆积的碳原子形成的一个原子厚的单层片，其中每个碳原子通过sp2键合而被键合到三个邻近的碳原子，因此，提供有效吸收所需的整体厚度是最小的，为若干纳米的量级。因此，石墨烯片的使用为要被屏蔽的物体提供最小的附加重量，具有宽带吸收能力，并提供比现有技术的结构更大的通用性。而且，石墨烯因为其高机械强度和高稳定性而被广泛认可，这些特性对于大多数应用来说是所需的特性。石墨烯片可通过本领域中已知的任何合适的工艺制成，这些工艺包括例如对体石墨的机械剥离、化学沉积、生长等。目前，在形成石墨烯层的常规方法当中，通过化学气相沉积形成石墨烯层的方法是常用的，这是因为可以以相对低的成本制造大面积的石墨烯层。仅通过举例，在金属(即，箔)基板上的化学气相沉积(CVD)可被用来形成石墨烯片。为了通过化学气相沉积形成石墨烯层，前体(precursor)被选择为使得该前体的催化分解形成石墨烯层。前体可以是气体、液体、或固体的碳氢化合物，例如甲烷、乙烯、苯、甲苯等。前体也可包括诸如氢气的其他材料并与所述其他材料混合。CVD工艺可在大气压力下实施，或者CVD设备的真空室可被排气而低于大气压。在一个实施例中，真空室在100mTorr和500mTorr之间被施压。CVD设备也可被配置为加热将用石墨烯涂覆的基板。例如，基板可被加热到在某些前体和应用的情况下所需的约1200℃或更高。也可使用化学剥离来形成石墨烯片。这些技术对本领域技术人员是已知本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于吸收微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射的结构，该结构包括：一个或多个涂层，其包括被设置在物体上的石墨烯鳞片，其中所述涂层中的所述石墨烯鳞片具有能有效阻止微波和太赫兹频率的所述宽带电磁辐射的至少一部分的反射的量。

【技术特征摘要】
2012.06.14 US 13/523,182;2012.06.22 US 13/530,7251.一种用于吸收微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射的结构，该结构包括：一个或多个涂层，其包括被设置在物体上的石墨烯鳞片，其中所述涂层中的所述石墨烯鳞片具有能有效阻止微波和太赫兹频率的所述宽带电磁辐射的至少一部分的反射的量。2.如权利要求1所述的结构，其中所述涂层由涂料配方形成。3.如权利要求1所述的结构，其中所述涂料配方包括粘合剂。4.如权利要求1所述的结构，其中所述涂层中的所述石墨烯鳞片具有能有效阻止微波和太赫兹频率的所述宽带电磁辐射的至少一部分的透射的量。5.一种用于吸收微波和太赫兹频率的电磁辐射的可移动结构，包括：包含石墨烯的织物，其中所述织物被配置为可移动地裹在物体周围，其中所述石墨烯具有能有效吸收微波和/或太赫兹频率的电磁辐射的至少一部分的量。6.如权利要求5所述的可移动结构，其中所述织物包括天然的纤维。7.如权利要求5所述的可移动结构，其中所述织物包括合成的纤维。8.如权利要求5所述的可移动结构，其中所述物体包括曲线表面。9.如权利要求5所述的可移动结构，其中所述石墨烯包括石墨烯鳞片。10.如权利要求5所述的可移动结构，其中所述石墨烯具有能有效阻止微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射的透射的量。11.如权利要求5所述的可移动结构，其中所述石墨烯具有能有效阻止微波和太赫兹频率的宽带电磁辐射的反射的量。12.一种通过吸收微波和太赫兹频率的电磁辐射而使物体隐形...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·阿沃里斯，A·V·加西亚，宋均镛，夏丰年，晏湖根，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US