太赫兹-纳米管天线.doc

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1、碳纳米管天线背景知识纳米材料纳米材料是指由尺寸小于1~100nm的超细颗粒构成的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。目前实现工业化生产的纳米材料主要是碳酸钙、白炭黑、氧化锌等纳米粉体材料，其他基本上还处于实验室的初级研究阶段，但是毫无疑问的是以纳米材料为代表的纳米科技将成为二十一世纪的经济和社会发展产生深刻的影响。目前纳米材料的研究热点和技术前沿包括：以碳纳米管为代表的纳米组装材料；纳米陶瓷和纳米复合材料等高新能纳米结构材料；纳米涂层材料的设计与合成；单电子晶体管、纳米激光器和纳米开关等纳米电子器件的研制等。碳

2、纳米管1985年，英国科学家Kroto和美国科学家Smally等人发现了足球状的C60，其后相继发现了C70、C80的，这就为纳米尺度的碳族材料的研究开辟了道路。1991年日本驻波NEC实验室的电子显微镜专家S.lijima在用石墨电弧法制备C60的过程意外发现了纳米尺度的、由2~40层的石墨层片卷曲而成的、具有中空结构管状物，该材料各层之间的距离为0.343nm，这个物体后被称为多壁碳纳米管。它具有独特的准一维管状分子结构、有益的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此也引

3、发了碳纳米管的研究热潮和十多年来纳米科学和技术的飞速发展。此后碳纳米管技术有了飞速的发展。如今，碳纳米管在天线方向的应用也越来越广泛。在2005年，加州大学尔湾分校的BurkePJ就进行了单个碳纳米管的射频等效电路的研究，其后，美国威斯康辛州密尔沃基大学电子工程系的HansonGW从理论上研究了碳纳米管天线的基本发射特性。作为天线，最重要的特性是天线的电流分布，2006年，HansonGW通过对比碳纳米管天线与同样尺寸的铜天线的电流分布，得出了碳纳米管天线的损耗比铜天线的小得多的结论;而且，在纳米尺度领域内，碳纳米管比其它金

4、属良导体更适合用作天线和互连线。同年，美国威斯康星州密尔沃基大学电子工程系JinHao等人研究了碳纳米管偶极天线在红外和可见光频段的特性。这为我们开展碳纳米管在太赫兹波段的研究提供了依据。2007年10月17日来自加州大学尔湾分校的BUrkePJ和RutherglenC发明了世界上第一个利用碳纳米管制成的纳米级别探测器接收无线电，并将其转化为声音信号的无线电系统。THz波THz波的特点：1、THz波的波长处于微波及红外光之间，因此在应用方面相对于其它波段的电磁波，如微波和X射线等，具有非常强的互补特征。2、THz波的典型脉宽

5、在亚皮秒量级，不但可以进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术，能够有效地防止背景辐射噪音的干扰。目前，对THz辐射强度测量的信噪比可大于1010。3、THz波具有很高的时间和空间相干性。THz辐射是由相干电流驱动的偶极子振荡产生、或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频产生的，具有很高的时间和空间相干性。现有的THz检测技术可以直接测量振荡电磁场的振幅和位相。这一特点在研究材料的瞬态相干动力学问题时具有极大的优势。4、THz波的光子能量低。频率为ITHz的电磁波的光子能量只有大约4meV，约为X射线光子能

6、量的百万分之一，因此不会对生物组织产生有害的电离，适合于对生物组织进行活体检查。如利用THz时域谱技术研究酶的特性，进行DNA鉴别等。THz波的应用：1、电磁成像2、医疗诊断3、低微半导体直接耦合4、通信与雷达外文文献笔记第一篇介绍了碳纳米管天线的特性，首先碳纳米管天线具有很好的应用到纳米互联技术、光纤通信、航空航天通信的潜质。因为它具有尺寸小、重量轻、电特性良好的特点。文中利用传统传输线理论推导出不同角度下的碳纳米管天线的电流分布函数以及再辐射模型。当碳纳米管天线的长度是入射波的波长的数倍的时候，再辐射模型的主瓣方向随入射

7、角度改变而改变，并且最强的辐射方向应该是反射所对应的角度。当碳纳米管的长度增加的时候波瓣会变得更密集。在本文中还介绍了碳纳米管的等效电路法。第二篇主要介绍的是工作于太赫兹波段的碳纳米管天线的辐射效率。本文中主要说明了太赫兹波段的天线的制作以及其辐射效率，并对这种天线与传统工艺制作的天线的性能进行了比较。由各向异性的薄膜电阻制作的具有宏观行为的碳纳米管天线的表面电阻可以从单壁碳纳米管的分布电路模型中提取而得。此外，在太赫兹波段的薄金层具有德鲁德史密斯模型的特征，即在光学频率可计算金层的理论电导率。传统工艺设计的半波带状天线能谐

8、振于1THz到50THz。矩量法与混合积分方程法经常用于计算由碳纳米管构成的谐振带状天线的辐射效率。在文中进行了电磁仿真，结果显示当碳纳米管的等效密度值低于104时，碳纳米管天线的辐射效率一直低于金膜天线的辐射效率。然而，当等效密度值高于此值且工作频率高于1THz的时候，基于碳纳米管的天线