一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器及其制备方法

本发明属于电磁波吸收和新型人工电磁材料，特别涉及一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器及其制备方法。

背景技术：

1、超材料吸波器因其具有设计的灵活性和优异的吸波性能在电磁波吸收领域展现出了巨大的潜力，然而，超材料吸波器在实际应用中仍面临一些挑战。比如许多超材料吸波器具有窄带吸收特性，即它们只能在特定频率范围内有效工作。为了实现宽带吸收，现有技术通过多层结构、分形结构以及电阻油墨等方法来实现宽带吸收，但随着带宽的增加，吸波器结构复杂性变大、精度变低以及加工成本变高等问题也随之而来。因此，我们需要在尽可能不影响吸收带宽的前提下简化吸波器的结构，来解决其结构复杂性大及加工成本高等问题。

2、石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道形成的单层二维蜂窝状晶格结构，具有优异的电学、热学和机械性能。因此，石墨烯在超材料吸波器的制作中扮演着非常重要的角色。常见的石墨烯制备方法有机械剥离法、氧化还原法以及化学气相沉积法等。采用机械剥离的方法在理论上可以制备出质量高，晶体结构完整的石墨烯。但是得到的石墨烯的尺寸一般在微米量级，产量低且不适合大规模生产。氧化还原法工艺简单，适合大规模生产，但是还原过程中难以完全去除氧官能团，石墨烯质量可能受影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器及其制备方法，在较大宽带范围内实现了高频吸收，提高对单元结构等效电容的调控能力，具有低通高阻的效果，在雷达隐身、反电磁干扰等领域具有广阔的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，包括若干单元结构，所述单元结构设置有五层，从上往下依次是金属频率选择表面、上层介质层、石墨烯层、下层介质层以及金属基底；所述金属频率选择表面设置在所述上层介质层的凹槽内。

3、优选的，所述金属频率选择表面包括环形金属以及贴片电阻，所述环形金属与所述上层介质层的凹槽外边缘重合，所述环形金属的内部中空设置为圆形。

4、优选的，所述贴片电阻设置有四个，四个所述贴片电阻均匀的嵌于所述环形金属上。

5、优选的，所述上层介质层的凹槽的截面为方形，所述凹槽的高度小于所述上层介质层的高度。

6、优选的，所述上层介质层与所述下层介质层的材质相同，均采用聚对苯二甲酸乙二醇酯。

7、优选的，所述金属基底采用铜基底。

8、本发明还提供了一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器的制备方法，具有以下步骤：

9、s1、将所述金属基底通过磁控溅射技术溅射于所述下层介质层的下方；

10、s2、采用激光刻蚀工艺对所述上层介质层进行凹槽刻蚀工作，利用磁控溅射技术将金属溅射于所述上层介质层的凹槽内部；

11、s3、利用激光刻蚀工艺将金属刻蚀成为所述环形金属，将所述贴片电阻嵌于所述环形金属上，形成所述金属频率选择表面；

12、s4、在所述下层介质层的上方以及所述上层介质层的下方采用化学气相沉积法制备所述石墨烯层。

13、因此，本发明采用上述的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器及其制备方法，其有益效果为：

14、1、本发明通过将贴片电阻与金属频率选择表面相结合以及改变金属频率选择表面与介质层的位置关系等方法，在较大宽带范围内实现了高频吸收；此发明在传统吸波器结构的基础上，将贴片电阻镶嵌在金属频率选择表面内，并通过改变表面结构的形状尺寸和贴片电阻的阻值大小来实现宽频带内的阻抗匹配；且其金属频率选择表面不在介质层上方，而是嵌入到相邻介质内部，这样的结构可以提高对单元结构等效电容的调控能力；因此，本发明结构更加简单新颖，加工成本较低。

15、2、本发明采用化学气相沉积法可以大面积制备高质量石墨烯，适合工业化生产；而且利用磁控溅射技术将铜薄膜覆盖在pet介质上，使薄膜具有具有的高质量、高精确度、高材料利用率等优点；通过激光蚀刻技术具有的精度高、灵活性强、适用材料广、速度快、图案复杂度高、自动化程度高和环保等优点，将其应用于图案化的加工，能够高效、准确地加工复杂图案。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，其特征在于，包括若干单元结构，所述单元结构设置有五层，从上往下依次是金属频率选择表面、上层介质层、石墨烯层、下层介质层以及金属基底；所述金属频率选择表面设置在所述上层介质层的凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，其特征在于，所述金属频率选择表面包括环形金属以及贴片电阻，所述环形金属与所述上层介质层的凹槽外边缘重合，所述环形金属的内部中空设置为圆形。

3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，其特征在于，所述贴片电阻设置有四个，四个所述贴片电阻均匀的嵌于所述环形金属上。

4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，其特征在于，所述上层介质层的凹槽的截面为方形，所述凹槽的高度小于所述上层介质层的高度。

5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，其特征在于，所述上层介质层与所述下层介质层的材质相同，均采用聚对苯二甲酸乙二醇酯。

6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器，其特征在于，所述金属基底采用铜基底。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的基于石墨烯的宽带超材料吸波器的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：

技术总结本发明公开了一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器及其制备方法，属于电磁波吸收和新型人工电磁材料技术领域，所述单元结构设置有五层，从上往下依次是金属频率选择表面、上层介质层、石墨烯层、下层介质层以及金属基底；所述金属频率选择表面设置在所述上层介质层的凹槽内。所述金属频率选择表面包括环形金属以及贴片电阻，所述环形金属与所述上层介质层的凹槽外边缘重合，所述环形金属的内部中空设置为圆形。本发明制备的一种基于石墨烯的宽带超材料吸波器在较大宽带范围内实现了高频吸收，提高对单元结构等效电容的调控能力，具有低通高阻的效果，在雷达隐身、反电磁干扰等领域具有广阔的应用前景。技术研发人员：陈宝君,鞠艳杰,焦田宇,王华杰受保护的技术使用者：大连交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9