本發明專利技術涉及用于微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射吸收的基于石墨烯的結構和方法。用于將物體隱形于微波和太赫茲頻率的電磁輻射的結構和方法包括將多個石墨烯片設置在物體周圍。透明介電材料的中間層可被設置在石墨烯片之間以優化性能。在其他實施例中，石墨烯可被配制到涂料配方或織物中，并被施加到物體。所述結構和方法吸收微波和太赫茲頻率的電磁輻射的至少一部分。
【技術實現步驟摘要】
用于微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射吸收的基于石墨烯的結構和方法本申請是申請日為2013年6月13日、申請號為201310233517.0、專利技術名稱為“用于微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射吸收的基于石墨烯的結構和方法”的申請的分案申請。
本公開一般涉及使用石墨烯吸收寬帶電磁波的結構和方法，更具體地，涉及被配置為吸收從電磁波發生源發射的微波和太赫茲頻率的寬帶電磁波的石墨烯片(graphenesheet)的方法和結構。
技術介紹
當前正在調查研究用于眾多商業和軍事應用的在微波和太赫茲頻譜范圍的寬帶吸收材料的發展。例如，太赫茲雷達系統能夠探測亞毫米級的目標的詳細結構，同時能夠根據吸收的頻譜依賴性區分材料。對于軍事應用，可基于頻譜響應，通過名錄(catalogue)或薄葉(thinfoliage)以及從背景辨別出的目標來偵測武器或人員。完全吸收所關注的(例如太赫茲頻率的)入射電磁波以使得不發生透射和反射的寬帶吸收材料的使用可被用來有效地隱藏目標。但是，用于該目的的大部分已知材料系統依賴于吸收頻譜的諧振峰值，且因此仍然缺少寬帶解決方案。
技術實現思路
根據實施例，一種用于吸收微波和太赫茲頻率的電磁輻射的結構包括多個石墨烯片，所述多個石墨烯片位于將隱形(cloak)于電磁輻射的物體上或其周圍。在一些情況下，該隱形結構還可包括位于相鄰的石墨烯片之間的透明介電層。在另一實施例中，一種用于吸收微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射的結構包括多個石墨烯片，所述多個石墨烯片被配置為位于物體上或其周圍以吸收微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射。在另一實施例中，用于吸收微波和太赫茲頻率的電磁輻射的可移動(removable)結構包括含有石墨烯的織物，其中所述織物被配置為可移動地裹在物體周圍，其中石墨烯具有能有效吸收微波和/或太赫茲頻率的電磁輻射的至少一部分的量。通過本專利技術的技術還實現了另外的特征和優點。本專利技術的其他實施例和方面在此被詳細描述并被認為是所要求保護的專利技術的一部分。為了更好地理解本專利技術的優點和特征，參考說明和附圖。附圖說明在說明書的結尾處的權利要求書中具體地指出并明確地要求保護被認為是本專利技術的主題。通過以下結合附圖進行的詳細描述，本專利技術的前述和其他特征和優點將變得明顯，在附圖中：圖1示例出遠紅外和太赫茲波段中單個石墨烯層的透射頻譜。圖2示例出根據實施例用于吸收微波和太赫茲頻譜的電磁輻射的電磁寬帶吸收結構，該結構包括多個石墨烯片。圖3示例出根據實施例用于吸收微波和太赫茲頻譜的電磁輻射的電磁寬帶吸收結構，該結構包括通過透明介電層分隔的多個石墨烯片。圖4示例出根據實施例用于吸收微波和太赫茲頻譜的電磁輻射的電磁寬帶吸收結構，該結構包括含有石墨烯鱗片(grapheneflake)的涂層。具體實施方式本文中公開了用于吸收處于微波和太赫茲頻率的從電磁輻射源發射的電磁輻射的至少一部分的電磁寬帶吸收結構和方法。通過提供對微波和太赫茲頻率的電磁波的寬帶吸收，由于寬帶電磁波被吸收且沒有發生透射或反射，因此可以在這些頻率下有效地隱藏物體。本文中使用的術語“微波”一般而言是指1毫米到1米的波長范圍(即，300MHz到300GHz)，而術語“太赫茲”一般而言是指在1000到100微米之間的波長范圍內(即，300GHz到3THz)的亞毫米波能。電磁寬帶吸收結構通常由多個石墨烯片形成，其中電磁寬帶吸收結構能有效地吸收微波和太赫茲頻率的電磁輻射的至少一部分。石墨烯片的數量通常取決于所預期的應用和具體應用所需的最小反射。典型的石墨烯“層”可包括單個石墨烯片或多個石墨烯片，例如，在一些實施例中是1片到1000片，在其他實施例中是約10片到100片。在大部分實施例中，所產生的由石墨烯片組成的石墨烯層可具有約1納米到約100納米的厚度，而在其他實施例中具有約10nm到約80nm的厚度。石墨烯是一種以平面六角形結構排列的二維的碳原子同素異形體。其以有用的電子特性為特征，這些電子特性包括兩極性、高純度、高遷移率、高臨界電流密度。已報導了在室溫下高達200,000cm2/Vs的電子遷移率值。在結構上，石墨烯具有由sp2雜化而形成的雜化軌道。在sp2雜化中，2s軌道和三個2p軌道中的兩個混合而形成三個sp2軌道。剩下的一個p軌道在碳原子之間形成π鍵。與苯的結構相似，石墨烯的結構具有p軌道的共軛環，該共軛環呈現出比僅通過共軛的穩定性所期望的更強的穩定性，即，石墨烯結構是芳族結構。與諸如金剛石、無定形碳、碳納米泡沫(carbonnanofoam)、或富勒烯的其它碳的同素異形體不同，石墨烯不是碳的同素異形體，這是因為石墨烯的厚度是一個原子碳層，即，一個石墨烯片不形成三維晶體。石墨烯具有不尋常的帶結構，其中錐形電子和空穴袋僅在動量空間中的布里淵區(Brillouinzone)的K點處相遇。電荷載流子(即電子或空穴)的能量具有對載流子的動量的線性相關性。結果，載流子如同具有零有效質量的相對的狄拉克-費米子(Dirac-Fermions)，并以ceJf￡l06米/秒的有效光速移動。其相對量子力學行為由狄拉克方程支配。結果，石墨烯片具有在4K下最高60,000cm2/V-sec的大載流子遷移率。在300K下，載流子遷移率為約15,000cm2/V-sec。而且，在石墨烯片中已觀察到量子霍爾效應。K(K’)點附近的石墨烯的線性色散導致非常寬帶波長范圍的垂直入射光的恒定的帶間吸收(從價帶到導帶，約2.3％)。更有趣的是，在微波和太赫茲頻率范圍，帶間吸收占優勢，并且，依賴于石墨烯中的載流子濃度，單個層在300微米的光波長下可吸收多達30％，這可從圖1中提供的透射頻譜得到證明。結果，將石墨烯用于微波和太赫茲頻率吸收具有眾多優點，例如，其為超薄的且相對于其他材料是有效的吸收層。而且，由于石墨烯是由以蜂窩晶格堆積的碳原子形成的一個原子厚的單層片，其中每個碳原子通過sp2鍵合而被鍵合到三個鄰近的碳原子，因此，提供有效吸收所需的整體厚度是最小的，為若干納米的量級。因此，石墨烯片的使用為要被屏蔽的物體提供最小的附加重量，具有寬帶吸收能力，并提供比現有技術的結構更大的通用性。而且，石墨烯因為其高機械強度和高穩定性而被廣泛認可，這些特性對于大多數應用來說是所需的特性。石墨烯片可通過本領域中已知的任何合適的工藝制成，這些工藝包括例如對體石墨的機械剝離、化學沉積、生長等。目前，在形成石墨烯層的常規方法當中，通過化學氣相沉積形成石墨烯層的方法是常用的，這是因為可以以相對低的成本制造大面積的石墨烯層。僅通過舉例，在金屬(即，箔)基板上的化學氣相沉積(CVD)可被用來形成石墨烯片。為了通過化學氣相沉積形成石墨烯層，前體(precursor)被選擇為使得該前體的催化分解形成石墨烯層。前體可以是氣體、液體、或固體的碳氫化合物，例如甲烷、乙烯、苯、甲苯等。前體也可包括諸如氫氣的其他材料并與所述其他材料混合。CVD工藝可在大氣壓力下實施，或者CVD設備的真空室可被排氣而低于大氣壓。在一個實施例中，真空室在100mTorr和500mTorr之間被施壓。CVD設備也可被配置為加熱將用石墨烯涂覆的基板。例如，基板可被加熱到在某些前體和應用的情況下所需的約1200℃或更高。也可使用化學剝離來形成石墨烯片。這些技術對本領域技術人員是已知本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于吸收微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射的結構，該結構包括：一個或多個涂層，其包括被設置在物體上的石墨烯鱗片，其中所述涂層中的所述石墨烯鱗片具有能有效阻止微波和太赫茲頻率的所述寬帶電磁輻射的至少一部分的反射的量。
【技術特征摘要】
2012.06.14 US 13/523,182;2012.06.22 US 13/530,7251.一種用于吸收微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射的結構，該結構包括：一個或多個涂層，其包括被設置在物體上的石墨烯鱗片，其中所述涂層中的所述石墨烯鱗片具有能有效阻止微波和太赫茲頻率的所述寬帶電磁輻射的至少一部分的反射的量。2.如權利要求1所述的結構，其中所述涂層由涂料配方形成。3.如權利要求1所述的結構，其中所述涂料配方包括粘合劑。4.如權利要求1所述的結構，其中所述涂層中的所述石墨烯鱗片具有能有效阻止微波和太赫茲頻率的所述寬帶電磁輻射的至少一部分的透射的量。5.一種用于吸收微波和太赫茲頻率的電磁輻射的可移動結構，包括：包含石墨烯的織物，其中所述織物被配置為可移動地裹在物體周圍，其中所述石墨烯具有能有效吸收微波和/或太赫茲頻率的電磁輻射的至少一部分的量。6.如權利要求5所述的可移動結構，其中所述織物包括天然的纖維。7.如權利要求5所述的可移動結構，其中所述織物包括合成的纖維。8.如權利要求5所述的可移動結構，其中所述物體包括曲線表面。9.如權利要求5所述的可移動結構，其中所述石墨烯包括石墨烯鱗片。10.如權利要求5所述的可移動結構，其中所述石墨烯具有能有效阻止微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射的透射的量。11.如權利要求5所述的可移動結構，其中所述石墨烯具有能有效阻止微波和太赫茲頻率的寬帶電磁輻射的反射的量。12.一種通過吸收微波和太赫茲頻率的電磁輻射而使物體隱形...
【專利技術屬性】
技術研發人員：P·阿沃里斯，A·V·加西亞，宋均鏞，夏豐年，晏湖根，
申請(專利權)人：國際商業機器公司，
類型：發明
國別省市：美國,US
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