基于水-石墨烯-VO2叠层的多频可重构完美吸波体制造技术

本发明专利技术提出了一种基于水

Multi Frequency Reconfigurable perfect absorber based on water graphene VO2 stack

【技术实现步骤摘要】
基于水
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石墨烯
‑
VO2叠层的多频可重构完美吸波体


[0001]本专利技术属于超材料器件
，具体涉及一种可重构多频完美吸波体，可用于对太赫兹电磁波的吸收。

技术介绍

[0002]太赫兹波在宽带通信、频谱分析、探测传感等领域都具有广阔的应用前景。太赫兹超材料吸波体是能够在工作频带处将入射到其表面的电磁波能量转化为其他能量损耗的器件，人们利用超材料技术制备了各种太赫兹波吸波体，可实现单频带、多频带、宽带以及超宽带吸收。
[0003]在太赫兹波段，多波段可调谐的超材料吸波体更具吸引力，是目前的主要发展方向。尤其，在频率选择性太赫兹热成像领域，通常需要能够动态、连续调节吸收带宽的太赫兹吸波体。多波段超材料可调谐吸波体在多个特定频点或者多个特定频率范围内产生吸收，并且能够对吸收带宽进行动态、连续调节。
[0004]南京理工大学在其申请号为202011492297.X的专利文献中公开了一种应用在太赫兹频段下具有带通滤波和完美吸收双功能的波束调控器，其同时采用了两种不同种类的可调谐材料来设计一维光子晶体可调谐太赫兹器件，当VO2处于金属相时，可实现单频点的电磁波完美吸收功能，当VO2处于绝缘相时，频率位于缺陷态的太赫兹波将进入一维光子晶体内传播，实现带通滤波功能，并且通过调节石墨烯的化学势对工作频率进行调谐，以达到完美吸波功能和工作频率双调谐目的。此吸波体由于所选材质的局限性只能应用在单频带吸波,且仅可以在小范围吸收频带内调谐，并不适用于目前应用场景更广的同时具有多频带完美吸收、多吸波频段小范围内可调谐以及多吸波频段可重构。
[0005]南京航空航天大学在其申请号为202011620376.4的专利文献中公开了一种基于超结构的多波段THz吸波体，它设计了一种镂空雪花状的微单元结构层，可以在0.2
‑
3.0THz频段得到多个吸收峰。但这种微单元结构只能产生特定数量的吸收峰，且吸收率不能达到完美吸波，不能满足当下对于多频段完美吸收、多吸波频段小范围内可调谐以及多吸波频段可重构的需求。
[0006]综上，现有研究虽可实现单频带完美吸波、多频段吸收和单吸波频段小范围内可调谐的功能，但是由于其材质以及结构上的局限性，很难在多频段吸波方面同时完美吸波、吸波频段小范围可调谐和吸波频段可重构，尤其是无法实现在四个波段以上的完美吸收、吸波频段小范围可调谐和吸波频段可重构功能，极大地限制了其吸波应用范围。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，提出一种基于水
‑
石墨烯
‑
VO2叠层的多频可重构完美吸波体，以在0
‑
3THz频带范围内实现多个波段完美吸收的基础上，进一步实现完美吸收波段的可重构，并易加工。
[0008]实现本专利技术目的技术思路是：通过外部温控转换二氧化钒谐振单元的介质、金属
状态来实现完美吸收波段可重构；通过控制石墨烯的费米能级调谐吸收频点；通过采用全介质材料避免微单元结构的存在，更易加工。
[0009]根据上述思路，本专利技术基于水
‑
石墨烯
‑
VO2叠层的多频可重构完美吸波体，包括水基聚四氟乙烯层、石墨烯层、硅层和金属层，其特征在于：
[0010]所述硅层设为两层，即第一硅层、第二硅层，以增大介质厚度实现多频段的吸收；
[0011]所述水基聚四氟乙烯层，是一个空心方体，其腔体内部由水层完全填充，以增强对入射电磁波的吸收损耗，达到吸波率99％以上的完美吸收；
[0012]所述各层其自上而下依次按水基聚四氟乙烯层、石墨烯层、第一硅层、二氧化钒层、第二硅层、金属层的顺序排列，且各层彼此紧密无缝贴合，形成一体结构。
[0013]作为优选，所述水基聚四氟乙烯层，采用两侧宽度范围均为0.001μm～0.7μm、底部厚度范围为0.001μm～0.1μm、顶部厚度范围为0.001μm～0.3μm、整体厚度范围为7.4μm～10.4μm的空腔方体，以完全封装水层。
[0014]作为优选，所述石墨烯层，采用厚度d为0.1μm～10μm薄方体贴片，其弛豫时间设定为0.1ps，费米能级μ
c
选取0.1eV～1eV范围内变化从而实现多个波段吸波频率小范围内的调谐。
[0015]作为优选，所述第一硅层和第二硅层均采用厚度h
s
为50μm～300μm的实心方体，以实现对入射电磁波的吸收。
[0016]作为优选，所述二氧化钒层，其采用厚度h
v
为1.5μm～3.5μm的实心方体，以实现对吸波频段的重构，即在温度低于68℃的环境时呈绝缘状态，吸波体可实现八个吸波率99％以上的完美吸收波段；在温度高于68℃的环境时呈金属状态，吸波体可实现四个吸波率99％以上的完美吸收波段。
[0017]作为优选，所述金属层采用黄金或银或铜，其厚度h为2μm～5μm。
[0018]作为优选，所述水层的厚度h
w
为7μm～10μm。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0020]1.本专利技术由于将传统单个介质硅层分为两部分，可以在灵活控制每个硅介质厚度的同时更为方便地调节不同温度下多吸收频段的数量；
[0021]2.本专利技术由于将水基聚四氟乙烯层设为一个空心方体，且其腔体内部由水层完全填充，可利用水在太赫兹频段下高介电常数和大宽带损耗特性增大入射电磁波的吸收损耗，达到多个波段的完美吸收；
[0022]3.本专利技术由于将石墨烯层的费米能级μ
c
选定在0.1eV～1eV范围内变化，可以实现多个波段的吸波频率和吸收率调谐。
[0023]4.本专利技术由于将二氧化钒层贴合在第一硅层和第二硅层之间，可利用二氧化钒本身的温控特性使吸波体在处于不同温度下产生不同数量和不同吸收波段的吸收峰。
[0024]5.本专利技术由于采用为全介质材料，因而结构简便，易于加工。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0026]图2为用本专利技术周期性排列成的3
×
3阵列图；
[0027]图3为在TE、TM模式下仿真本专利技术分别在温度为50℃和70℃时的吸收曲线图；
[0028]图4为在50℃下仿真本专利技术对应TE、TM模式变换入射角度的吸收图。
[0029]图5为在70℃下仿真本专利技术对应TE、TM模式变换入射角度的吸收图。
[0030]图6为50℃下调整石墨烯费米能级的吸收曲线图。
[0031]图7为70℃下调整石墨烯费米能级的吸收曲线图。
[0032]图8为50℃下仿真本专利技术在0
‑
6THz频段范围内的吸收曲线。
[0033]图9为设定两个硅层厚度均为110μm，50℃下仿真本专利技术在0
‑
3THz频段范围内的吸收曲线。
具体实施方式
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水
‑
石墨烯
‑
VO2叠层的多频可重构完美吸波体，包括水基聚四氟乙烯层、石墨烯层、硅层和金属层，其特征在于：所述硅层设为两层，即第一硅层(4)、第二硅层(6)，以增大介质厚度实现多频段的吸收；所述水基聚四氟乙烯层(1)，是一个空心方体，其腔体内部由水层(2)完全填充，以增强对入射电磁波的吸收损耗，达到吸波率99％以上的完美吸收；所述各层其自上而下依次按水基聚四氟乙烯层(1)、石墨烯层(3)、第一硅层(4)、二氧化钒层(5)、第二硅层(6)、金属层(7)的顺序排列，且各层彼此紧密无缝贴合，形成一体结构。2.根据权利要求1所述吸波体，其特征在于：所述水基聚四氟乙烯层(1)，采用两侧宽度范围均为0.001μm～0.7μm、底部厚度范围为0.001μm～0.1μm、顶部厚度范围为0.001μm～0.3μm、整体厚度范围为7.4μm～10.4μm的空腔方体，以完全封装水层(2)。3.根据权利要求1所述吸波体，其特征在于：所述石墨烯层(3)，采用厚度d...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐，白旭东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：