一种石墨烯/金属复合导体及其制备方法和传输线技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯/金属复合导体及其制备方法和传输线。上述石墨烯/金属复合导体包括：金属导体和两层侧面石墨烯层。金属导体具有两个侧面，两个侧面相对设置；每层侧面石墨烯层原位生长在金属导体的一个侧面上，每层侧面石墨烯层的厚度均为0.5μm～8μm，每层侧面石墨烯层的宽度均为0.3nm～10nm。上述石墨烯/金属复合导体能够作为传输线的导体材料，使得传输线在使用时实现阻抗可调范围为30Ω～80Ω，能够实现与器件或系统阻抗匹配动态可调。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/金属复合导体及其制备方法和传输线
本专利技术涉及通信材料
，特别是涉及一种石墨烯/金属复合导体及其制备方法和传输线。
技术介绍
目前，在太赫兹频段下使用的传输线存在传输线无法实现与器件或系统阻抗匹配动态调整的问题，严重影响通信系统信号传输质量。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种石墨烯/金属复合导体，该复合导体能够作为传输线的导体材料，且使得传输线在太赫兹频段下使用时实现阻抗与器件或系统匹配动态可调。此外，还提供一种石墨烯/金属复合导体和传输线。一种石墨烯/金属复合导体，包括：金属导体，所述金属导体具有两个侧面，所述两个侧面相对设置；及两层侧面石墨烯层，每层所述侧面石墨烯层原位生长在所述金属导体的一个所述侧面上，每层所述侧面石墨烯层的厚度均为0.5μm～8μm，每层所述侧面石墨烯层的宽度均为0.3nm～10nm。在其中一个实施例中，所述金属导体的材料为铜、铜合金、铝或铝合金；或者，所述金属导体包括基材及沉积在所述基材上的金单质层、银单质层或锡单质层，所述基材为铜、铜合金、铝或铝合金。在其中一个实施例中，所述金属导体的厚度为0.5μm～8μm，所述金属导体的宽度为20μm～2mm。在其中一个实施例中，所述金属导体还具有两个主表面，所述两个主表面相对设置，所述石墨烯/金属复合导体还包括；两层主石墨烯层，每层所述主石墨烯层原位生长在所述金属导体的一个所述主表面上，每层所述主石墨烯层的厚度均为0.3nm～10nm，两层所述主石墨烯层及所述金属导体的总厚度为0.5μm～8μm；及/或，所述金属导体的表面粗糙度小于5nm。一种石墨烯/金属复合导体的制备方法，包括如下步骤：提供金属导体，所述金属导体具有两个侧面，所述两个侧面相对设置；及采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯，得到沉积在所述金属导体的所述两个侧面的两层侧面石墨烯层，每层所述侧面石墨烯层的厚度为0.5μm～8μm，每层所述侧面石墨烯层的宽度为0.3nm～10nm。在其中一个实施例中，所述采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯的步骤之前，还包括对所述金属导体进行电化学抛光，控制所述金属导体的表面粗糙度小于5nm的步骤。在其中一个实施例中，所述对所述金属导体进行电化学抛光的步骤中，采用的抛光液的配方为：每100mL水中，添加有10mL～100mL乙醇、1mL～30mL异丙醇及0.01g～5.00g尿素，并调节pH至2～6。在其中一个实施例中，所述对金属导体进行电化学抛光的步骤中，外加电压为1V～20V，抛光时间为20s～200s。在其中一个实施例中，所述采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯的步骤包括：在400℃～1100℃下，调节碳源流量和还原性气体流量分别为5sccm～200sccm和1sccm～200sccm，生长压力为0.05Torr～800Torr，保温时间为2min～200min，以在所述金属导体上生长石墨烯。在其中一个实施例中，所述碳源选自气体碳源、液体碳源及固体碳源中的至少一种，所述气体碳源选自CH4、C2H6、C2H4及C2H2中的至少一种，所述液体碳源选自CH3OH及C2H5OH中的至少一种，所述固体碳源选自葡萄糖、聚乙二醇、石蜡、硬脂酸及聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。在其中一个实施例中，所述金属导体还具有两个主表面，所述两个主表面相对设置，所述采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯的步骤的同时，在所述金属导体的所述两个主表面上同时原位生长石墨烯，得到沉积在所述金属导体的所述两个主表面的两层主石墨烯层，每层所述主石墨烯层的厚度均为0.3nm～10nm，两层所述主石墨烯层及所述金属导体的总厚度为0.5μm～8μm。一种传输线，包括导体，所述导体为上述的石墨烯/金属复合导体或由上述的石墨烯/金属复合导体的制备方法制备得到的石墨烯/金属复合导体。在其中一个实施例中，所述传输线为微带线，所述传输线还包括介质板及设置在所述介质板一侧的接地金属平板，所述导体设置在所述介质板远离所述接地金属平板的一侧，所述导体为条形结构，所述金属导体的宽度为20μm～2mm，所述金属导体的厚度为0.5μm～8μm，所述介质板的厚度为10μm～800μm，所述传输线的特性阻抗为50Ω，所述导体的长度与所述介质板的长度、所述接地金属平板的长度均为0.5mm～30mm，所述介质板的宽度、所述接地金属平板的宽度均为0.1mm～12mm。在其中一个实施例中，所述侧面石墨烯层的化学势调整区间为0eV～0.05eV。在其中一个实施例中，所述传输线的阻抗可调范围为30Ω～80Ω。在其中一个实施例中，所述传输线在太赫兹频段下的反射损耗值小于-15dB，插入损耗值大于-2dB。在其中一个实施例中，所述传输线的工作频率为0.001THz～10THz。在其中一个实施例中，所述传输线为带状线、共面波导线、同轴线或平行双导线。上述石墨烯/金属复合导体中金属导体的每个侧面上分别原位生长有一层侧面石墨烯层，控制侧面石墨烯层的厚度、宽度，且借助在传输线结构中调整石墨烯化学势导致传输线阻抗变化的特点，可以实现传输线更大的阻抗可调范围，从而实现器件或系统阻抗匹配的动态调整。同时，相较于先形成石墨烯再与金属导体结合的其他方法，在金属导体表面原位生成的石墨烯与金属导体的结合更好，界面的良好结合可以使导体借助石墨烯的超高导电率提高其导电性，降低传输线的损耗。因此，上述石墨烯/金属复合导体能够作为传输线的导体材料，实验证明，特性阻抗为50Ω的传输线在太赫兹频段下使用时，实现阻抗可调范围为30Ω～80Ω，能够实现阻抗与器件或系统匹配动态可调。附图说明图1为一实施方式的石墨烯/金属复合导体的制备方法的工艺流程图；图2为一实施方式的传输线的结构示意图；图3为图2所示的传输线中导体的正视图；图4为一实施方式的传输线的制备方法的工艺流程图；图5为实施例1的石墨烯/复合导体的粗糙度测试结果图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将结合具体实施方式对本专利技术进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。需要说明的是，在本文中，厚度方向指与金属导体的两个主表面垂直的方向。宽度方向指与金属导体的两个侧面垂直的方向。一实施方式的石墨烯/金属复合导体，包括：金属导体和两层侧面石墨烯层。其中，金属导体具有两个侧面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/金属复合导体，其特征在于，包括：/n金属导体，所述金属导体具有两个侧面，所述两个侧面相对设置；及/n两层侧面石墨烯层，每层所述侧面石墨烯层原位生长在所述金属导体的一个所述侧面上，每层所述侧面石墨烯层的厚度均为0.5μm～8μm，每层所述侧面石墨烯层的宽度均为0.3nm～10nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/金属复合导体，其特征在于，包括：
金属导体，所述金属导体具有两个侧面，所述两个侧面相对设置；及
两层侧面石墨烯层，每层所述侧面石墨烯层原位生长在所述金属导体的一个所述侧面上，每层所述侧面石墨烯层的厚度均为0.5μm～8μm，每层所述侧面石墨烯层的宽度均为0.3nm～10nm。


2.根据权利要求1所述的石墨烯/金属复合导体，其特征在于，所述金属导体的材料为铜、铜合金、铝或铝合金；或者，所述金属导体包括基材及沉积在所述基材上的金单质层、银单质层或锡单质层，所述基材为铜、铜合金、铝或铝合金；或者，所述金属导体的厚度为0.5μm～8μm，所述金属导体的宽度为20μm～2mm。


3.根据权利要求1或2所述的石墨烯/金属复合导体，其特征在于，所述金属导体还具有两个主表面，所述两个主表面相对设置，所述石墨烯/金属复合导体还包括；两层主石墨烯层，每层所述主石墨烯层原位生长在所述金属导体的一个所述主表面上，每层所述主石墨烯层的厚度均为0.3nm～10nm，两层所述主石墨烯层及所述金属导体的总厚度为0.5μm～8μm；及/或，所述金属导体的表面粗糙度小于5nm。


4.一种石墨烯/金属复合导体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供金属导体，所述金属导体具有两个侧面，所述两个侧面相对设置；及
采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯，得到沉积在所述金属导体的所述两个侧面的两层侧面石墨烯层，每层所述侧面石墨烯层的厚度为0.5μm～8μm，每层所述侧面石墨烯层的宽度为0.3nm～10nm。


5.根据权利要求4所述的石墨烯/金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯的步骤之前，还包括对所述金属导体进行电化学抛光，控制所述金属导体的表面粗糙度小于5nm的步骤；及/或，
所述采用化学气相沉积的方式在所述金属导体的所述两个侧面原位生长石墨烯的步骤包括：在400℃～1100℃下，调节碳源流量和还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘悦，郭冲霄，姚松松，范同祥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31