[发明专利]三维石墨烯天线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维石墨烯天线及其制备方法，该天线包括三维石墨烯辐射层、介质衬底、金属层和馈线。其中三维石墨烯辐射层为多孔的三维石墨烯。该三维石墨烯制备过程为：首先将气体凝结形成微小的固体颗粒，得到压气固体颗粒，然后将其与氧化石墨烯分散液混合，在高压低温状态下去除分散液，氧化石墨烯便可以围绕压气固体颗粒包覆，经挤压形成包含有微小压气固体颗粒的氧化石墨烯块体。当外界环境变为常温常压时，压气固体颗粒挥发成气体，在氧化石墨烯中留下孔洞，进行退火处理后便得到三维石墨烯。该制备方法简单易行、高效节能，所制备的三维石墨烯具有多孔导电网状结构，以此制备的三维石墨烯天线可广泛用于电子、信息、材料、能源等领域。

技术领域

本发明属于天线及低维材料技术领域，具体涉及一种三维石墨烯天线及其制备方法。

背景技术

在物联网社会中，数据发射与接收主要依靠天线，天线作为物联网系统中的前端设备，其性能的优越直接影响到整个物联网系统，然而，传统的天线辐射贴片多为金属，但金属材料存在光电效率低，误码率高、不耐腐蚀等缺点，如果使用性能更优异的石墨烯替代，可在降低成本的同时提升天线的导电、导热、耐腐蚀能力，提升天线性能，加速物联网的推广普及。

石墨烯是一种新型纳米材料，从形貌上看，呈现出单层薄片形结构，可以看做是由碳原子通过sp²杂化方式构筑而成的二维平面薄膜，呈现出蜂窝状的六角形结构。在过去的研究中，人们发现石墨烯总是无法独自且稳定的存在，故被认为是一种假想中的结构材料。直到2004年，位于英国曼彻斯特大学的Andre Geim和Konstantin Novoselov历史上首次在研究中分离出二维的单层石墨烯，且使其结构保持稳定。由此，石墨烯开始广为人知，并获得飞速发展。迄今为止，人们对石墨烯的研究和应用已经走过60多个年头。与一些传统的材料相比，石墨烯具有更加优异的性能，例如在物理、化学和材料等领域。石墨烯结构层中的碳原子之间形成的σ键具有超强的键能，使其具有高硬度的特性；而与平面垂直的π电子构成的自由电子网络，使石墨烯具有了独特的导电和导热特性；相比较于传统的导体，在石墨烯表面上的空穴迁移率远远超出，这使得石墨烯具备了极高的传输性与自由的电子移动空间；除此之外，石墨烯还具有其它更加独特且优异的性能，例如，单层石墨烯具有较高的透光性，可以作为透明电极的理想材料；良好的阻隔气体能力等也是石墨烯所具备的。正因为这些优异的性能，使得石墨烯在电子、信息、材料、能源、生物医学等方面具有重大的应用前景。

传统的二维石墨烯具有电子迁移率高等优点，可替代传统微带天线辐射贴片中的金属。但是单层石墨烯厚度仅0.35nm，难以辨识、难以操作，限制了石墨烯在微带天线中的实际应用。传统的三维石墨烯制备方法制备不仅方法复杂，而且会带来其他杂质对所制备的三维石墨烯物理和化学性能产生一定的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供一种三维石墨烯天线及其制备方法，本发明三维石墨烯自驱动天线电阻率低、精细度高、使用性能良好，可广泛用于电子、信息、材料、能源、生物医学等领域；本发明方法简单易行、绿色环保、高效节能，制备的三维石墨烯具有多孔的三维导电网状结构，可为任何形状，无任何污染。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种三维石墨烯天线,该天线由三维石墨烯辐射层1、介质衬底3、金属层4以及馈线2组成；所述介质衬底3上方紧贴设置三维石墨烯辐射层1，介质衬底3与三维石墨烯辐射层3一侧通过馈线2连接；介质衬底3下方紧贴设置金属层4。

所述三维石墨烯辐射层1为多孔的三维石墨烯。

所述介质衬底3的材料为低介电常数的材料。

所述的三维石墨烯天线的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：选择介质衬底3材料；

选取低介电常数的材料作为介质衬底；