石墨烯辅助的波导传输特性和传感应用研究

发布时间：2017-09-16 12:39

  本文关键词：石墨烯辅助的波导传输特性和传感应用研究

  更多相关文章： 石墨烯 表面等离子体激元 传感 波导

【摘要】：波导是一种重要的传输线,光频段和微波频段的波导技术已经发展得较为成熟,而红外和太赫频段的波导技术相对空白。近年来,石墨烯由于其优异的性能,可以作为红外和太赫频段电磁波波导材料而成为人们关注的焦点。石墨烯波导的原理是利用石墨烯激发红外和太赫兹频段的表面等离子体激元(一种表面波),实现电磁波沿着石墨烯表面传输。波导形状,石墨烯的材料参数等因素都会对波传输产生影响。因此,研究石墨烯波导的传输特性对石墨烯波导器件的设计和利用具有非常重要的意义。本文主要研究条带形和圆环形石墨烯波导的传输特性,并利用石墨烯波导实现分子传感。具体内容如下：1.分析了三种条带形石墨烯波导的传输特性。从推导色散关系着手,分析了单层石墨烯带、双层石墨烯带和加载介质的石墨烯带波导的传输特性和模式特性。单层、双层石墨烯带波导中都存在波导模和边缘模。对称的双层石墨烯带由于存在耦合效应,会出现对称模与反对称模。加载介质石墨烯波导的介质带宽度会对其传输特性产生很大影响。2.分析了圆环形石墨烯波导的传输特性。简要介绍单层石墨烯波导的传输特性,模式特性,其模式的场分布沿着圆周呈驻波样分布。重点研究双层圆环石墨烯波导的传输特性,推导出了其波导模的色散关系并求解,与数值仿真结果高度一致；分析了圆环半径、费米能级和耦合距离对模式、波导性能和模式截止特性的影响；利用双层石墨烯带弯曲后对模式局域特性影响很小的原理,结合波传输条件推导出了双层石墨烯圆环高阶模截止频率与半径关系的解析模型,并求解,然后仿真验证了解析结果的正确性。3.基于强电磁场与物质相互作用传感的思想,以双层圆环石墨烯波为平台设计出了一种传感模型,以酒精和甲苯分了为例,证明了该模型可被用于宽带和高灵敏度的分子检测；最后基于同样的传感思想,设计了一种凹槽深度渐变型褶皱金属结构波导,分析了其传输特性,并利用该波导进行对酒精和甲苯分子进行检测,证明了其宽带特性,且与石墨烯分子传感器进行了比较。对石墨烯波导传输特性和传感应用的分析,有助于我们深入了解波在石墨烯表面的传输机理,为我们设计、利用石墨烯波导器件和下一步的实验工作提供了理论指导。
【关键词】：石墨烯 表面等离子体激元 传感 波导
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN814;O613.71
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-13
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 石墨烯的概念9-10
• 1.3 石墨烯的电学特性10-12
• 1.4 论文结构12-13
• 第二章 条带形石墨烯的传输特性13-29
• 2.1 单层石墨烯带波导13-18
• 2.2 双层石墨烯带波导18-22
• 2.3 加载介质的石墨烯带波导22-29
• 第三章 圆环形石墨烯波导的传输特性29-43
• 3.1 单层圆环形石墨烯波导29-31
• 3.2 双层圆环形石墨烯波导31-43
• 第四章 石墨烯辅助的波导的分子传感应用43-51
• 4.1 基于双层圆柱形石墨烯波导的传感器43-45
• 4.2 深度渐变型褶皱金属结构分子传感器45-51
• 第五章 总结与展望51-53
• 参考文献53-56
• 攻读硕士期间完成的科研成果56-57
• 致谢57-58

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 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

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 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

7 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

8 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

9 刘明凯;带状石墨烯纳米复合材料的制备及其性能研究[D];复旦大学;2014年

10 刘勇;智能化及掺杂改性石墨烯的研究及应用[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：863114