基于作用带宽拓展的石墨烯膜超材料制备与性能研究

At present, the research of stealth metamaterials emphasizes on the broad bandwith of microwave absorption, and the main method is to change the structure and tune the size of metamaterials. However, the electrical parameters of traditional metal materials are so difficult to change that it cannot meet the impedance matching between units and air in a broader frequency range..In this research, graphene film decorated with FeNi magnetic nanoparticles will be synthesized, which has better magnetic properties. In order to obtain much more tunable electromagnetic parameters, screen printing technique will be used to prepare unit cells of metamaterials. Substrate layer will consist of magnetic materials instead of pure dielectric loss materials to realize a better impedance matching and stronger microwave attenuation. Furthermore, an effective electromagnetic resonance between grapheme film and metal reflector layer can be achieved by changing the structure of periodic unit of metal reflector layer. Therefore, we can make a breakthrough of the present problem of metamaterials..This research can enrich the electromagnetic theory and illustrate the absorption mechanism of microwave absorption matematerials. Besides, it can broad the absorption bandwith of conventional metamaterials so that it has important research value and extensive application value.

目前，隐身超材料的研究重点在向宽频带方向发展，拓展吸波带宽的方法主要是改变超材料基本金属单元的结构及尺寸。金属材料电学参数可调节性小，难以在较宽频率范围内实现单元的波阻抗与空气匹配。.本课题拟采用石墨烯导电膜作为功能膜，通过选择性修饰FeNi磁性材料，在石墨烯导电性的基础上提供磁性能参量，制备石墨烯-FeNi电磁复合型石墨烯膜。利用丝网印刷工艺制备超材料电磁谐振基本单元，增加可调节的电磁参数变量；摒弃采用电损耗型材料作为介质层的传统，通过掺杂磁性材料制备介质层，在较宽的频率范围内调节结构阻抗，实现阻抗匹配及电磁能量衰减；调节金属反射层的周期单元结构，与石墨烯导电膜形成有效电磁谐振，以解决现有超材料作用带宽窄的科学和技术瓶颈问题。.本课题的研究能丰富超材料吸波体的相关电磁理论，明确由复合型石墨烯膜制备的超材料的吸波机理，拓宽传统超材料的吸波频段，具有重要的研究价值和广泛的应用价值。

隐身超材料的研究重点在向宽频带方向发展，石墨烯以其优异、可控的电磁特性而备受关注，可以用来制备宽频吸波超材料，解决现有超材料作用带宽窄的科学和技术瓶颈问题。采用具备电磁特性的纳米材料修饰石墨烯可以进一步改善其阻抗匹配特性和吸波性能，研究电磁修饰材料的种类、含量和形貌对石墨烯吸波剂电磁参数和吸波性能的影响规律，制备了基于银纳米线、Fe50Ni50颗粒、Fe3O4@PPy颗粒和空心镍纳米颗粒修饰的石墨烯宽频吸波材料，有效吸波频带最宽可达6.5GHz，最强吸波峰值约为-33.1dB；以商用芳纶纸蜂窝为载体，涂覆石墨烯吸波胶液，研究蜂窝尺寸、蒙皮厚度、石墨烯胶液电磁参数对吸波性能的影响规律及吸波机理，明确了其宽频吸波机理是由λ/4波长匹配理论、多重反射理论及不完全干涉理论共同决定的，制备了有效吸波频带可达10GHz的石墨烯蜂窝轻质宽频吸波复合材料；直接以石墨烯吸波剂作为超材料周期结构的构体，结合有限元软件仿真和优化算法，制备一种十字形极化不敏感吸波超材料并进行了实测验证，其吸波性能主要来源于石墨烯十字单元的磁谐振，同时还优化设了单圆形和双圆形石墨烯吸波超材料，其有效吸波频带比改性石墨烯吸波剂显著拓宽，分别为9.58GHz和11.4GHz，吸波频带的拓宽除了改性石墨烯本身良好的阻抗匹配特性外，主要源自圆形周期结构的多频带电磁谐振。本课题的研究丰富了超材料吸波体的相关电磁理论，明确了由复合型石墨烯制备的超材料的吸波机理，拓宽传统超材料的吸波频段，可广泛应用于电子、通信及国防领域，提高设备的抗干扰能力和隐身能力。