一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面及制备方法，属于微波器件技术领域，所述吸波表面包括自上而下依次叠合设置的图案化石墨烯电控层(1)、PDMS介质层(2)和金属丝网底板(3)；所述的图案化石墨烯电控层包括上下两层叠合设置的PET衬底，在每层所述的PET衬底的内侧均设有单层周期的图案化石墨烯方环阵列，在所述的两层叠合设置的PET衬底之间均匀填充透明离子液；所述的自适应吸波表面通过感知模块感知入射电磁波的频率和幅度，根据事先程序设定，通过反馈直流偏压改变石墨烯方阻，从而实现吸波表面对不同入射电磁波下自适应地产生不同的电磁响应。具有光学透明、结构简单等优点，为石墨烯在微波段的智能隐身铺设了道路。设了道路。设了道路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面及其制备方法


[0001]本专利技术属于微波器件
，涉及一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面及其制备方法。

技术介绍

[0002]光透明吸波表面由于具有降低背向散射电磁的能力，在多种包含光学窗口的应用环境中显示出了巨大的潜力。除此之外，随着雷达探测能力的提升，吸波表面也需要具有相应的变化手段与之相适应，这便要求透明电磁吸波结构的吸波幅度及工作频段具有一定动态可调功能，从而更好地完成电磁对抗的要求，增加战场生存能力。基于印刷电路板工艺和表面贴装技术，集成了集总器件如变容二极管的有源可调吸波表面实现了对电磁波的动态调控，这就需要复杂的馈电电路和电源供应，使得最终的可调吸波结构不具有光学透明的特点，无法应用于一些需要光学透明的实际场景中。
[0003]基于一些透明工艺，一些先进材料如液晶、石墨烯等被应用在透明可调吸波结构中。其中，石墨烯作为二维晶体，由于其在从可见光到微波频率的非常广泛的光谱范围内控制光
‑
物质相互作用的前所未有的能力，已被广泛用于可调的透明吸波结构。石墨烯作为一种新兴的二维平面材料，在力学、电学、光学、生物化学等等方面表现出杰出的性能，如单层石墨烯具有接近97.7％的透光率，具有最快的电子迁移率(15000cm2/v/cm)，不受温度控制的超高电荷载流子迁移率(200000cm2/v/s)和接近光速的高效的费米速度(106m/s)。石墨烯还有极好的机械性能，其杨氏模量为1.0TPa，此外，它还有极好的电子传导率及柔韧性。正是因为石墨烯的这些性质，广大的科研工作者给予了极高的关注度。2020年，本课题组在(Geng M.Y.,LiuZ.G.,WuW.J.,ChenH.,WuB.,LuW.B.A Dynamically Tunable Microwave Absorber Based on Graphene,IEEE Trans.Antennas Propag.,68,4706,2020)工作中利用石墨烯与印刷电路板技术实现了吸波表面的动态调谐。2021年，本课题组在(Geng M.Y.,ChenH.,LiuZ.G.,LuW.B.,YangX.L.,BoX.Z.,Transparent and Flexible Absorber with Dynamically Frequency Modulation Using Graphene,ICEICT,2021)工作中实现了基于石墨烯的透明可调电磁吸波表面。2022年，本课题组在(Geng M.Y.,LiuZ.G.,ChenH.,BaoX.Z.,YangX.L.,LuW.B.,Flexible and Dual
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Tunable Radar Absorber Enabled by Graphene,7,2200028,2022)中利用石墨烯实现了频率和幅度双调的雷达吸波表面。
[0004]以上提到的透明可调吸波表面都需要人为控制，不存在反馈机制，对于电磁环境的变化无法自主地做出相关的响应。

技术实现思路

[0005]技术问题：为解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术目的在于提供一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面及其制备方法，通过感知模块感知入射电磁波的频率信息和幅度信息，并通过微控制器MCU反馈电压供给吸波表面，其便可在无需认为干扰的情况下独立地实现不同的电磁响应，例如自适应调频、自适应调幅等共功能。
[0006]技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术的一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面具体如下：
[0007]基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面包括自上而下依次叠合设置的图案化石墨烯电控层、PDMS介质层和金属丝网底板；
[0008]第一层的图案化石墨烯电控层包括第一PET衬底、设置在第一PET衬底上的第一石墨烯方环阵列、第二PET衬底、设置在第二PET衬底上的第二石墨烯方环阵列、以及填充在第一PET衬底和第二PET衬底之间的透明离子液；第一石墨烯方环阵列和第二石墨烯方环阵列均包括等间距周期性排列的石墨烯方环单元；
[0009]第一PET衬底和第二PET衬底叠合设置，第一石墨烯方环阵列和第二石墨烯方环阵列分别设置在第一PET衬底和第二PET衬底的内表面；
[0010]第二层的PDMS介质层光学透明，起到结构的支撑作用；
[0011]第三层的金属丝网底板光学透明，用来充当吸波表面的地板。
[0012]第一石墨烯方环阵列和第二石墨烯方环阵列图案相同；
[0013]第一石墨烯方环阵列上的石墨烯方环单元与第二石墨烯方环阵列上的石墨烯方环单元一一对应；
[0014]所述PDMS介质层的厚度为5.0
‑
6.0mm，介电常数为2.6
‑
2.9，损耗角正切为0.01
‑
0.02。
[0015]所述金属丝网底板的厚度为0.05
‑
0.15mm。
[0016]本专利技术的基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面的制备方法包括如下步骤：
[0017]步骤1，利用matlab及等效电路理论对图案化石墨烯电控层、PDMS介质层和金属丝网底板行建模，通过参数扫描，优化得到自适应吸波表面功能最优的石墨烯方环单元尺寸、石墨烯方环单元间隔以及石墨烯方阻值；
[0018]步骤2，利用铜箔生长石墨烯，生长后，将石墨烯热转移到第一PET衬底和第二PET衬底上，之后利用激光对第一PET衬底和第二PET衬底上的石墨烯进行刻蚀，得到附着在第一PET衬底上的第一石墨烯方环阵列，以及附着在第二PET衬底上的第二石墨烯方环阵列；
[0019]步骤3，第一PET衬底与第二PET衬底叠合放置，第一石墨烯方环阵列朝向第二PET衬底；在两个PET衬底之间填充透明离子液，形成石墨烯电控层；
[0020]步骤4，在PDMS介质层的表面附着金属丝网底板；
[0021]步骤5，图案化石墨烯电控层与附着金属丝网底板的PDMS介质层相贴合，其中金属丝网底板远离第二PET衬底。
[0022]步骤1中利用matlab及等效电路理论对图案化石墨烯电控层、PDMS介质层和金属丝网底板进行建模，入射电磁波垂直入射时，将石墨烯方环阵列等效为可变电阻、电容与电感的串联；第一PET衬底、第二PET衬底、PDMS介质层、金属丝网底板用各自的传输线模型来表征。
[0023]步骤1中优化得到的石墨烯方环单元的尺寸为7.3mm*7.5mm的环形、内环尺寸为1mm*1mm，石墨烯方环单元沿电磁波电场方向间隔为0.2mm。
[0024]所述入射电磁波通过LTC5530射频感知电路感知入射电磁波的频率和幅度，反馈至微控制器MCU用以控制吸波表面产生特定情况下的电磁响应以匹配入射电磁波。
[0025]有益效果：本专利技术提供的一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面及其制备方
法，相比现有技术，具有以下有益效果：
[0026]1.本专利技术区别于传统的利用电容二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面，其特征在于，包括自上而下依次叠合设置的图案化石墨烯电控层(1)、PDMS介质层(2)和金属丝网底板(3)；第一层的图案化石墨烯电控层(1)包括第一PET衬底(11)、设置在第一PET衬底(11)上的第一石墨烯方环阵列(13)、第二PET衬底(12)、设置在第二PET衬底(12)上的第二石墨烯方环阵列(14)、以及填充在第一PET衬底(11)和第二PET衬底(12)之间的透明离子液(15)；第一石墨烯方环阵列(13)和第二石墨烯方环阵列(14)均包括等间距周期性排列的石墨烯方环单元；第一PET衬底(11)和第二PET衬底(12)叠合设置，第一石墨烯方环阵列(13)和第二石墨烯方环阵列(14)分别设置在第一PET衬底(11)和第二PET衬底(12)的内表面；第二层的PDMS介质层(2)光学透明，起到结构的支撑作用；第三层的金属丝网底板(3)光学透明，用来充当吸波表面的地板。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面，其特征在于：第一石墨烯方环阵列(13)和第二石墨烯方环阵列(14)图案相同；第一石墨烯方环阵列(13)上的石墨烯方环单元与第二石墨烯方环阵列(14)上的石墨烯方环单元一一对应。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面，其特征在于：所述PDMS介质层(2)的厚度为5.0
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6.0mm，介电常数为2.6
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2.9，损耗角正切为0.01
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0.02。4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面，其特征在于：所述金属丝网底板(3)的厚度为0.05
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0.15mm。5.一种如权利要求1所述基于石墨烯的光学透明自适应吸波表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用matlab及等效电路理论对图案化石墨烯电控层(1)、PDMS介质层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆卫兵，耿明扬，刘震国，陈昊，杨晓璐，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：