[发明专利]基于石墨烯的电磁波吸收器

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用石墨烯实现的电磁波吸收器，尤其涉及一种基于石墨烯的介电常数可以通过门电压来调控这一特性来实现的电磁波吸收器。通过设计合适的结构，该吸收器可以把电磁波吸收进特定的区域，产生热量。

背景技术

2009年，中国东南大学崔铁军教授和陈强教授把那瑞玛诺和基尔地谢维的理论付诸实践，利用新型人工电磁材料设计制造了一个在微波频率下工作的“黑洞”(“An omnidirectional electromagnetic absorber made of metamaterials，”New J.Phys.12，063006 2010)。电磁黑洞有着广泛的应用领域和及其重要的研究价值。

自从2004年发现石墨烯以来，引起了人们强烈的研究兴趣。G.W.Hanson教授提出，石墨烯的电导率可以由Kubo公式表示为(“Dyadic Green’s functions and guided surface waves for a surface conductivity model of graphene，”J.Appl.Phys.103(6)，064302，2008)。

其中-e为电子电量，为普朗克常数，f_d(ε)＝1/(1+exp[(ε-μ_c)/(k_BT)])是费米狄拉克分布，k_B为波尔兹曼常数，ω为角频率，μ_c为化学势，Γ表示散射率，T表示温度。由上述公式可知，石墨烯的电导率是随着化学势的变化而变化的。不同的电导率又对应着不同的介电常数，它们的对应关系为：Re(ε_g，eq)＝-σ_g，i/ωΔ+ε₀≈-σ_g，i/ωΔ，Im(ε_g，eq)＝σ_g，r/ωΔ，石墨烯的损耗为|Im(ε_g，eq)/Re(ε_g，eq)|。所以，我们可以通过改变石墨烯的化学势来得到我们想要的介电常数，从而可以得到不同的折射率。基于以上所述，石墨烯是一种可以用来制作电磁波吸收器的理想材料。石墨烯化学势与门电压的关系为：

其中，ε₀、ε_r分别表示空气和sio₂的介电常数，t是sio₂的厚度，所以我们可以通过改变门电压来改变石墨烯的化学势从而改变石墨烯的介电常数。迄今为止，尚无人使用石墨烯来设计电磁波吸收器。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于石墨烯的电磁波吸收器，当入射电磁波遇到本发明装置时，电磁波将被该装置捕获，然后被引导着进入中心核，被中心核吸收，电磁波不会再从中心核中出来，光线将在中心核处转化为热能。

本发明采用如下技术方案：

一种基于石墨烯的电磁波吸收器，包括：叠合在一起的硅衬底和二氧化硅衬底，在硅衬底上设有阶梯形圆孔，在二氧化硅衬底上设有与阶梯形圆孔相适配的阶梯形突起，且所述阶梯形突起嵌入阶梯形圆孔中，在二氧化硅衬底上设有石墨烯层。

本发明最下面的是硅衬底，硅衬底上面铺二氧化硅衬底，二氧化硅衬底上面再铺石墨烯层，偏置电压源的一极加在硅衬底上，另一极加在石墨烯上。不同区域硅衬底的厚度不同，不同厚度的硅衬底导致了不同厚度的二氧化硅，从而在同一个偏置电压下，不同区域的石墨烯所感应到的化学势不同。所以，不同区域上的石墨烯具有不同的介电常数。当这些区域上的介电常数满足一定的关系时，就可以实现对电磁波的捕获吸收。

与现有技术比，本发明具有以下优点：

1，本发明首次实现了基于石墨烯的电磁波吸收器

2，本基于石墨烯的电磁波吸收器通过设计硅衬底不同区域的厚度和合适的偏置电压，可以工作于多个频点。

3，本基于石墨烯的电磁波吸收器，结构简单，重量轻，易于集成，可用于收集能源，局部加热等多种用途。

附图说明：

图1是本发明的原理图，石墨烯包括中心核5区域以及外壳6区域，中心核5区域为硅衬底7所对应的石墨烯区域，外壳6区域为硅衬底8所对应的石墨烯区域。当中心核5区域和外壳6区域的介电常数满足如下关系式(I)时，就能实现对电磁波的捕获吸收。