1. 研究目的与意义（文献综述）

课题目的及意义：

自2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在后，关于石墨烯的研究就在全球引发了热潮。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米材料。它是构成其它石墨材料的基本单位，可以翘曲成零维的富勒烯,卷成一维(1D)的碳纳米管或者堆垛成三维(3D)的石墨，这种特殊结构使得石墨烯具有许多极其特别的性质。石墨烯具有高机械强度，大的比表面积，低于银铜的电阻率以及超强的电子传导能力，这使的石墨烯在电子，信息，能源和材料等领域具有非常广阔的应用前景，是推动战略高技术发展的关键材料。而且，石墨烯的能带结构和特性与THz有着不可分割的联系。当载流子浓度合适时，石墨烯的等离子体谐振频率在THz频段，而且双层结构的石墨烯可以制作成半导体材料，其禁带宽度正好可以覆盖THz频段。在电磁学领域，石墨烯的特殊性质可以用其表面电导率来表示。不同于普通材料，石墨烯的特殊性质使得其在THz频段的谐振长度大大减小，可以达到二十分之一甚至百分之一波长，而且在参数的电调以及重构方面也有着得天独厚的优势。作为一种特殊的超材料，石墨烯以其特殊的性质在天线设计中的应用引起了学术界和产业界的关注。天线作为整个通信系统的前端，在整个系统中占据这很重要的作用。近些年来，天线的智能化，小型化，宽带及多频技术对天线的设计提出了更高的要求，而石墨烯的特殊性质可以用于减小和消除平面结构中的表面波，减小互耦，改善天线的性能，所以，石墨烯在天线领域具有很重要的应用价值。本文主要研究一维石墨烯在电磁领域的吸收特性以及石墨烯对比传统材料被应用于天线时的优点。

近些年来，国内外学者对石墨烯及其应用开展了大量的研究。关于电磁特性，1992年，Maloney和Smith首次提出用亚元胞FDTD算法计算薄片材料电磁特性。2012年，Bouzinanas等人采用辅助变量和亚元胞相结合的方法研究了各向同性石墨烯的电磁特性。2013年，Vahid Nayyeri提出用表面边界条件来实现石墨烯在时域有限差分算法中的电磁特性计算。关于天线方面，2010年，M.Dragoman利用石墨烯实现了基于石墨烯的可重构THz天线的设计。2013年，南京航空航天大学的B.Z.Xu通过在完整石墨烯层的下方对硅衬低进行特殊的结构设计，实现了THz频段的宽带吸波材料。

2. 研究的基本内容与方案

本文主要研究石墨烯的特性及其在天线设计领域的一些应用。分析一维石墨烯在电磁领域的吸收特性以及与石墨烯位置的关系，对多款thz频段的天线进行模拟，加工以及分析，并利用石墨烯的特殊性质，将其应用于天线的设计之中，提高天线的性能以及减小天线的尺寸。本文主要的研究工作包括以下几个方面：

在石墨烯的电磁特性方面，以时域有限差分算法为基本研究方法，结合表面边界条件方法，将表面边界条件方法（将石墨烯薄层两边的电场和磁场分量以半元胞为单位分开排列）引入光子晶体，研究一维石墨烯光子晶体在thz电磁波的吸收特性。并通过改变石墨烯在模型中的位置来得到一维石墨烯吸收特性与石墨烯位置的关系。

在石墨烯的天线应用研究方面，在对石墨烯的表面电导率模型研究的基础上，分析并研究采用石墨烯材料

3. 研究计划与安排

1-3周，完成开题报告；

4-5周，分析一维石墨烯在电磁领域的吸收特性以及与石墨烯位置的关系；

6-8周， 对石墨烯的表面电导率模型进行研究；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]史永胜，李雪红，宁青菊．石墨烯的制备及表征研究进展[j].电子元件与材料，2010，29（12:）：70—73.

[2]novoselov k s，geim a k，morozov s v，et a1．electric field effect inatomically thin carbon films[j]．science，2004，306(5696)：666-669．

[3] geim a k，novoselov k s．the rise of graphene叨．nature materials，2007，6(3)：183—191．