三维石墨烯天线及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112768901A(43)申请公布日2021.05.07(21)申请号202011641314.1C01B32/194(2017.01)(22)申请日2020.12.31(71)申请人西安工业大学地址710021陕西省西安市未央区学府中路2号(72)发明人刘欢赵季杰贾金梅杜宇轩文帅白民宇解飞谢万鹏刘卫国(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人何会侠(51)Int.Cl.H01Q1/36(2006.01)H01Q9/04(2006.01)C01B32/184(2017.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称三维石墨烯天线及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种三维石墨烯天线及其制备方法，该天线包括三维石墨烯辐射层、介质衬底、金属层和馈线。其中三维石墨烯辐射层为多孔的三维石墨烯。该三维石墨烯制备过程为：首先将气体凝结形成微小的固体颗粒，得到压气固体颗粒，然后将其与氧化石墨烯分散液混合，在高压低温状态下去除分散液，氧化石墨烯便可以围绕压气固体颗粒包覆，经挤压形成包含有微小压气固体颗粒的氧化石墨烯块体。当外界环境变为常温常压时，压气固体颗粒挥发成气体，在氧化石墨烯中留下孔洞，进行退火处理后便得到三维石墨烯。该制备方法简单易行、高效节能，所制备的三维石墨烯具有多孔导电网状结构，以此制备的三维石墨烯天线可广泛用于电子、信息、材料、能源等领域。CN112768901ACN112768901A权利要求书1/2页1.一种三维石墨烯天线,其特征在于：该天线由三维石墨烯辐射层(1)、介质衬底(3)、金属层(4)以及馈线(2)组成；所述介质衬底(3)上方紧贴设置三维石墨烯辐射层(1)，介质衬底(3)与三维石墨烯辐射层(3)一侧通过馈线(2)连接；介质衬底(3)下方紧贴设置金属层(4)。2.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯天线,其特征在于：所述三维石墨烯辐射层(1)为多孔的三维石墨烯。3.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯天线,其特征在于：所述介质衬底(3)的材料为低介电常数的材料。4.权利要求1至3任一项所述的三维石墨烯天线的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：选择介质衬底(3)材料；选取低介电常数的材料作为介质衬底；步骤二：制备三维石墨烯，将其转移至介质衬底，作为三维石墨烯辐射层(1)；首先在低温和高压条件下，分子间引力大于斥力的气体将会被压缩形成固体，在高压低温环境中，将固体粉碎成微小的固体颗粒，获得压气固体颗粒；同时由改进的Hummers法制备氧化石墨烯鳞片，在高压低温下将氧化石墨烯鳞片分散于‑200℃以下的液氮中，形成氧化石墨烯分散液；然后将压气固体颗粒加入氧化石墨烯分散液中，得到包含有压气固体颗粒和氧化石墨烯鳞片的混合液，在高压状态下升高温度去除分散液中的液氮，但该温度低于压气固体颗粒的升华温度，使压气固体颗粒稳定存在；由于液氮的挥发，氧化石墨烯鳞片围绕压气固体颗粒包覆，待混合液中的氧化石墨烯鳞片全部包覆在压气固体颗粒周围后，经过挤压生成块状的包含压气固体颗粒的氧化石墨烯复合材料；将该复合材料缓慢升高温度同时降低压强，块体中的压气固体颗粒缓慢升华成气体，在氧化石墨烯中留下孔洞，最后在真空环境下退火处理便得到多孔的三维石墨烯；将所得到的三维石墨烯转移至介质基底上，作为三维石墨烯辐射层；步骤三：制备馈线(2)和金属层(4)在介质衬底(3)下方镀上金属作为金属层(4)，使金属层与三维石墨烯辐射层之间形成稳定的辐射场；在三维石墨烯辐射层(1)一侧蒸镀金属条与三维石墨烯辐射层相连作为馈线(2)，将三维石墨烯辐射层(1)与金属层(4)之间辐射场产生的信号引出。5.根据权利要求4所述的三维石墨烯天线的制备方法，其特征在于，所述的低温和高压条件是指在0.3pa到5pa的压力下，将温度控制在‑30℃到‑100℃的高压低温状态下，在此条件下将气体压缩成气压固体。6.根据权利要求4所述的三维石墨烯天线的制备方法，其特征在于，所述微小的固体颗粒的大小为50nm‑1um。7.根据权利要求4所述的三维石墨烯天线的制备方法，其特征在于，所述的在高压状态下升高温度去除分散液中的液氮，升高温度其范围为‑120℃到‑200℃，该温度范围能够确保分散液即液氮挥发，而能使气体凝结成的微小固体颗粒不会挥发掉。8.根据权利要求4所述的三维石墨烯天线的制备方法，其特征在于，所述孔洞的密度是2CN112768901A权利要求书2/2页通过调整氧化石墨烯分散液中微小固体颗粒的数量来确定。9.根据权利要求4所述的三维石墨烯天线的制备方法，其特征在于，所述孔洞的大小是通过微小固体颗粒大小来确定。3CN112768901A说明书1/4页三维石墨烯天线及其制备方法技术领域