一种石墨烯透明天线及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯透明天线及其制备方法，该方法包括1)预处理透明基材；2)在透明基材上形成超薄金属层；3)将超薄金属层制作成预定的天线形状；4)在超薄金属层上形成预定天线形状的石墨烯层，制得石墨烯透明天线。本发明专利技术将具有较高载流子浓度超薄金属、较高载流子迁移率的石墨烯复合在一起，必要时复合减反增透层，既保证了材料的透光率，又解决材料的导电性问题，从而提高天线的辐射效率。

A transparent graphene antenna and its preparation method

The invention provides a graphene transparent antenna and a preparation method thereof. The method comprises 1 transparent substrate pretreatment); 2) the formation of ultra-thin metal layer on a transparent substrate; 3) the shape of the antenna is made into a predetermined thin metal layer; 4) the formation of graphene layer of a predetermined shape antenna in ultra-thin metal layer preparation of graphene transparent antenna. The invention compounded graphene with high carrier concentration, ultra-thin metal and high carrier mobility, and combined anti reflection and anti permeability layer when necessary. It not only ensures the transmittance of materials, but also solves the problem of electrical conductivity of materials, so as to improve the radiation efficiency of antennas.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯透明天线及其制备方法
本专利技术涉及透明天线
，特别是涉及一种石墨烯透明天线及其制备方法。
技术介绍
随着无线通信系统的快速发展，其应用场景亦越来越丰富，从而使得无线通信系统对于天线性能的要求越来越多样化。为了使天线获得良好的隐身性、共形性和安全性，1997年，美国国家航空和航天管理局(NASA)的科学家们提出使用光透明薄膜材料来制作透明天线的设想。光透明薄膜技术提出以后，科学家们开始寻求可用于制作天线的光透明薄膜材料。透光率和表面电阻是衡量一种材料能否用于透明天线的标准，但它们常常是矛盾的关系。2000年，加拿大特伦特大学的Mias利用不同的透明导电材料制作了微带线形式的偶极子天线。利用铝、铜、银、金和ITO光透明薄膜这五种不同的材料制作偶极子天线，并比较其性能。Mias利用蚀刻技术将ITO薄膜印制在玻璃介质上，玻璃介质厚度为0.7mm并同时制作了利用银和金的高导电率金属制作的偶极子天线，因为这两种金属的涂覆厚度很小，在一定程度上是具有光透明特性。将这三种薄金属材料的光透明天线和传统的铜或铝制天线比较，薄金属层制作的天线具有良好的性能，但是光透性较低；利用ITO制作的天线虽然有很高的光透性，但是天线辐射效率低，还需要进一步改进和研究。近年来的战略新兴材料石墨烯，集优异的光学、电学、力学、化学性能于一身，同时具有很好的高载流子迁移率、无毒性、丰富的资源储量等优势，相对于ITO材料(存在着铟资源短缺昂贵、铟原子扩散、易碎、透过率差、有毒等缺点)，将更适合应用于光透明天线。尤其是石墨烯良好的柔性，将有望实现天线在隐身性、共形性方面的双重要求。受当前化学气相沉积法制备技术的限制，现有方法难以控制石墨烯的晶畴大小、密度、晶格匹配等关键因素，导致当前只能规模化制备出由小晶畴石墨烯拼接而成的多晶石墨烯材料，在多晶石墨烯的晶畴、晶界等缺陷交汇处载流子迁移速率下降，从而难以满足透明天线的要求。因此，需要寻找一种新的石墨烯透明天线及制备方法，在保证透过率的前提下，解决石墨烯材料的表面电阻问题，以满足其在透明天线领域的技术要求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯透明天线及其制备方法，用于解决现有技术中透明天线的透光率差、导电性差等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种石墨烯透明天线的制备方法，包括如下步骤：1)预处理透明基材；2)在所述透明基材上形成超薄金属层；3)将所述超薄金属层制作成预定的天线形状；4)在所述超薄金属层上形成预定天线形状的石墨烯层，制得所述石墨烯透明天线。在本专利技术的一些实施例中，步骤1)中，预处理透明基材的方法依次包括清洗、吹干、烘烤。在本专利技术的一些实施例中，步骤1)中，烘烤温度为80℃，时间为30min。在本专利技术的一些实施例中，步骤2)中，采用磁控溅射法、真空镀膜法或电镀法在所述透明基材上形成超薄金属层。在本专利技术的一些实施例中，步骤3)中，采用光刻法将所述超薄金属层制作成预定天线形状。在本专利技术的一些实施例中，步骤3)中，所述光刻法包括涂光刻胶、紫外曝光、显影、刻蚀、去光刻胶。在本专利技术的一些实施例中，步骤4)中，采用化学气相沉积法在超薄金属层上形成预定天线形状的石墨烯层。在本专利技术的一些实施例中，还包括步骤5)在所述石墨烯层上形成减反增透层。在本专利技术的一些实施例中，步骤5)中，通过旋涂、真空蒸镀、电子束沉积或者磁控溅射法在石墨烯层上形成所述减反增透层。本专利技术第二方面提供一种石墨烯透明天线，自下而上依次包括透明基材、位于所述透明基材上且具有预定天线形状的超薄金属层、位于所述超薄金属层上且具有预定天线形状的石墨烯层。在本专利技术的一些实施例中，所述透明基材选自玻璃、石英、蓝宝石、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对二甲苯中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述超薄金属层材料选自Cu、Ni、Fe、Al、Ag、Ru中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述超薄金属层的厚度为1-20nm。超薄金属层可以提高导电性能，但会影响天线的透明度，影响透光率，因此，厚度的控制至关重要。在本专利技术的一些实施例中，所述超薄金属层的厚度为1-5nm。在本专利技术的一些实施例中，所述超薄金属层的厚度为5nm。在本专利技术的一些实施例中，所述超薄金属层为具有预定天线形状的薄膜或网格。在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯层为1-5层碳原子组成的石墨烯薄膜，通常为1-2层碳原子。在本专利技术的一些实施例中，所述减反增透层材料选自ZnO、TiO2、WO3、CuI、NiOx、CuSCN中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯层上还设有减反增透层。在本专利技术的一些实施例中，所述减反增透层的厚度为3-60nm。在本专利技术的一些实施例中，所述减反增透层的厚度为3-30nm。如上所述，本专利技术的一种石墨烯透明天线及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术将具有较高载流子浓度超薄金属、较高载流子迁移率的石墨烯复合在一起，必要时复合减反增透层，既保证了材料的透过率，又解决材料的导电性问题，从而提高天线的辐射效率，适宜于规模化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1中的天线形状结构图。图2为本专利技术实施例2和实施例3中的天线形状结构图。图3为本专利技术实施例1中的石墨烯透明天线结构示意图。标号说明1—透明基材2—超薄金属层3—石墨烯层4—减反增透层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。此外应理解，本专利技术中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本专利技术中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
的情况下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。实施例1本实施例中透明基材1的材质为石英片，将石英片衬底放入异丙醇中，超声波清洗30min，然后取出石英片衬底，用纯度为99.999％的氮气吹干后放入真空烤箱内加热至80℃，烘烤30min；在石英片衬底的上表面通过电子束蒸发法镀上一层5nm的超薄铜金属，即为超薄金属层2。制作具有椭圆形面天线及其馈线结构的天线形状(如图1)掩膜板结构，并利用光刻技术，将超薄金属层制作成具有预定天线形状的超薄金属层2。具体光刻步骤如下：(1)涂胶：在超薄铜金属层/石英片上旋涂光刻胶，转速3000rad/s、加速度为3000rad/s2、旋涂时间为30s；(2)前烘：在热板900℃温度下烘1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯透明天线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)预处理透明基材；2)在所述透明基材上形成超薄金属层；3)将所述超薄金属层制作成预定的天线形状；4)在所述超薄金属层上形成预定天线形状的石墨烯层，制得所述石墨烯透明天线。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯透明天线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)预处理透明基材；2)在所述透明基材上形成超薄金属层；3)将所述超薄金属层制作成预定的天线形状；4)在所述超薄金属层上形成预定天线形状的石墨烯层，制得所述石墨烯透明天线。2.根据权利要求1所述的制备方法，步骤2)中，采用磁控溅射法、真空镀膜法或电镀法在所述透明基材上形成超薄金属层；和/或，步骤3)中，采用光刻法将所述超薄金属层制作成预定的天线形状；和/或，步骤4)中，采用化学气相沉积法在所述超薄金属层上形成预定天线形状的石墨烯层；和/或，还包括步骤5)在所述石墨烯层上形成减反增透层。3.一种石墨烯透明天线，其特征在于：自下而上依次包括透明基材(1)、位于所述透明基材(1)上且具有预定天线形状的超薄金属层(2)、位于所述超薄金属层(2)上且具有预定天线形状的石墨烯层(3)。4.根据权利要求3所述的石墨烯透明天线，其特征在于：所述透明基材(1)选自玻璃、石英、蓝宝石、聚对苯二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵丽，史浩飞，胡承刚，杨俊，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50