摘要
未来的吸波材料，注定会向着纳米化、复合化方向发展。因此近年一种被称为石墨烯的新兴二维碳纳米超材料，自问世以来就备受国内外研究者的瞩目。相较于传统吸波材料，石墨烯不仅具备优良的导电性、光学性、力学性和生物相容特性，而且还拥有改变电磁波通常性质的特点。这些特性极大地弥补了传统材料在吸收和调节方面的局限性，也促使石墨烯超材料的研究在隐身雷达、光吸收器、生物医药、柔性吸波材料等方面都展现出了巨大的应用潜力。本文基于表面等离子体振荡对光的吸收增强作用，以及石墨烯具备的电调控特性，设计了三种不同类型的石墨烯阵列，在对比研究了在太赫兹范围内各类参数对结构吸收性能的作用效果之后，最终实现了多重优势的统合。本文工作如下： （1）首先本文分别设计了方框内切圆结构与“准心”型结构的石墨烯阵列，随后依次从结构参数、化学势、弛豫时间和入射光极化角几个角度探讨了结构的吸收性能。研究结果表明：在第一个结构中，当内圆与边框相切时，吸收器能够在三个波段范围得到吸收率大于85%的吸收峰。随后，通过研究化学势得到了0.45的电调制指数，同时此旋转对称结构还实现了极好的极化无关效果；第二个结构仅得到了两个吸收峰，但其吸收效果得到了极大的增强（吸收率gt;97%），其化学势的动态电调制指数仅可达到0.35，但弛豫时间对应的调制指数最大可至0.5，并且此结构同样具备极化无关特性。综上可知，两种结构分别在多段吸收、调制和高吸收特能上具备各自的优势，但均不能实现多重特性的统一。 （2）基于以上思路，本文根据阵列的对称结构特性和结构间耦合增强特性，设计出了一种类“风车”型的石墨烯阵列。仿真结果表明：此结构的长度和高度参数对吸收峰值的共振波长和强度均会造成影响。所以在调试得到最优的结构参数后，本文又针对化学势、弛豫时间和入射光极化角进行了分析。由数据可见，此结构不仅得到了三个可实现完美吸收效果的吸收峰（吸收率gt;95%），而且同样具备极化无关特性。并且，通过调节化学势，第三个吸收峰在实现近百分之百的吸收率的同时，还得到了本研究中最大的电调制指数：0.8。因此可以得出结论，此“风车”型的石墨烯阵列是本研究中将石墨烯超材料的多重特性结合并发挥地最充分的结构。因此，本文的研究有望在柔性吸波材料、电磁隐身等多领域中展现出很大的价值。
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