石墨烯薄膜高频介电特性的测量研究

发布时间：2017-08-09 15:05

  本文关键词：石墨烯薄膜高频介电特性的测量研究

  更多相关文章： 近场扫描微波显微镜 电磁特性 石墨烯薄膜

【摘要】：随着微波技术的日益发展,微波材料已广泛应用于多个领域,如能源、通信、生物医药、电子等。电子元器件的发展越来越趋于集成化和薄膜化,新型功能性薄膜材料正在广泛地研制和应用。微波材料电磁特性的研究和测量已成为现代科学技术的重要组成部分。准确的测量功能薄膜材料的电磁特性,对其在工程实践中的应用具有十分重要的意义。目前,国内外测量材料电磁特性的方法有传输线法、谐振腔法、四探针法等。传输线法和谐振腔法需要特定尺寸的样品,不能测量微纳米结构的薄膜样品,且测试过程中不同程度的损坏样品。四探针法不能测量样品的高频特性。因此,迫切需要一种可以无损测量微纳米结构材料的测量方法。本文基于近场微波扫描显微镜的原理,搭建了一种无损高效测量材料高频介电特性的一套系统。近场微波扫描显微镜是利用探针靠近样品时,探测谐振腔的品质因数或谐振频率的偏移量,然后通过软件仿真探针样品模型的方法得到样品的介电常数、电导率等物理量。本文通过对几种不同谐振腔结构进行分析,该系统选取λ/4的同轴谐振腔作为测试核心部分,并对使用HFSS对谐振腔仿真,确定谐振腔中探针和天线尺寸。接着推导了谐振腔中材料微扰的计算公式,并引出近场扫描显微镜中定量测量介电常数的理论公式和电导率的理论公式。采用沉积法制备硅基氧化石墨烯样品,然后用高温热还原的方法得到不同温度的硅基石墨烯薄膜样品。基于图形化界面软件Lab VIEW软件平台,开发了近场扫描微波显微镜两个测试模式的控制系统。最后,使用基于有限元法,对探针样品的电磁场模型进行研究。分析了不同探针靠近样品过程中,周围场能量的变化分布;及不同性质材料对场能量的变化趋势。本文采用带有探针的λ/4的同轴谐振腔的近场扫描微波显微镜系统,以其微波能量在探针近场区域具有高灵敏度和高空间分辨率的特点,利用薄膜样品在探针近场区域引起的电磁反应,无损高效地测量了微纳米结构薄膜的高频电磁特性。
【关键词】：近场扫描微波显微镜 电磁特性 石墨烯薄膜
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O484
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题立项背景10-11
• 1.2 NSMM系统的基本描述11
• 1.3 高频介电特性测量方法11-13
• 1.3.1 传输法12
• 1.3.2 谐振腔法12-13
• 1.4 本课题主要工作和创新点13-14
• 第二章 NSMM系统的定量分析理论14-29
• 2.1 材料复介电常数的介绍14-15
• 2.2 同轴谐振腔15-22
• 2.2.1 同轴线中的场15-18
• 2.2.2 同轴线尺寸选择规则18-19
• 2.2.3 同轴谐振腔结构及其主要特性参数19-22
• 2.3 同轴谐振腔的仿真分析22-25
• 2.4 谐振腔材料微扰理论25-26
• 2.5 NSMM系统中定量测量理论26-28
• 2.5.1 介电常数的定量测量26-27
• 2.5.2 电导率的定量测量27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 石墨烯薄膜的沉积法制备与表征29-34
• 3.1 石墨烯薄膜制备29-30
• 3.1.1 硅片预处理29-30
• 3.1.2 沉积法制备石墨烯薄膜30
• 3.2 石墨烯的表征方法30-32
• 3.2.1 扫描电镜法30-31
• 3.2.2 傅立叶红外光谱法31
• 3.2.3 原子力显微镜法31
• 3.2.4 光学显微镜法31-32
• 3.3 硅基石墨烯样品32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 近场扫描微波显微镜34-51
• 4.1 近场扫描微波显微镜的硬件部分34-37
• 4.1.1 谐振腔34-35
• 4.1.2 探针35-37
• 4.1.3 矢量网络分析仪37
• 4.1.4 位移部分37
• 4.1.5 其它部件37
• 4.2 近场扫描微波显微镜系统的软件部分37-50
• 4.2.1 Lab View编程介绍37-40
• 4.2.2 NSMM系统软件结构框架40-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第五章 石墨烯薄膜微波近场扫描测试实验51-64
• 5.1 NSMM系统测试51-54
• 5.1.1 单点测试51-52
• 5.1.2 面测试52-53
• 5.1.3 石墨烯薄膜的近场测量53-54
• 5.2 四探针法测量54-56
• 5.3 探针样品仿真模型56-57
• 5.3.1 COMSOL Multiphysics简介56
• 5.3.2 探针样品模型56-57
• 5.4 介质特性的定量分析57-60
• 5.5 石墨烯的NSMM成像60-63
• 5.6 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附图 170-71
• 附图 271-73
• 攻硕时期获得的研究成果73-74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

2 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

3 李宗红;;石墨烯——二维碳的奇妙世界[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2010年04期

4 常艳丽;陈胜;曹傲能;;压力促进氧化石墨烯水热还原反应的机理[J];上海大学学报(自然科学版);2010年06期

5 李娜;;石墨烯取代硅,前景预测被批乐观[J];科技导报;2011年16期

6 刘霞;;神奇材料石墨烯[J];今日科苑;2011年14期

7 张文毓;全识俊;;石墨烯应用研究进展[J];传感器世界;2011年05期

8 刘霞;;石墨烯:硅的“终结者”?[J];发明与创新(综合科技);2011年09期

9 ;科学家观察到石墨烯内电子间相互作用[J];黑龙江科技信息;2011年27期

10 于桂亮;黄书腾;;浅析石墨烯的性质与应用前景[J];科技风;2011年21期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：645875