透明でフレキシブルなグラフェンアンテナの特性制御と設計

透明柔性石墨烯天线的特性控制与设计

• 批准号: 19J14640
• 负责人: 小菅 祥平
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14640/
• 关键词: グラフェン; 透明アンテナ; 5G; 透明導電膜; キャリアドーピング; マイクロ波; CVD

2020年度は「透明でフレキシブルなグラフェンアンテナの特性制御と設計」の達成に向けて、低シート抵抗と高可視光透過率を併せ持つ3層積層グラフェン膜を電極材料とする接地板付きモノポールアンテナの作製と評価に取り組んだ。まず3層積層とキャリアドーピングにより、90%以上の高い可視光透過率と80Ω/sqの低シート抵抗を併せ持つグラフェン膜を作製した。波長900-1300nmの近赤外領域における同グラフェン膜の透過率は、キャリアドーピングによって約2.3%上昇することが確認された。これはグラフェンのフェルミ準位がドーピングによって下がり、光励起に起因した電子のバンド間遷移による2.3%の光吸収が無くなる(Pauli blocking)波長端が高エネルギー側にシフトしたためであると考えられる。そのためグラフェンは導電率と透過率にトレードオフの関係がない特異な材料であることが分かった。今後さらなるドーピングによって、近赤外帯だけでなく可視光帯における透過率の上昇も期待できる。次に低抵抗3層積層グラフェン膜を電極材料とする接地板付きモノポールアンテナを作製した。グラフェンアンテナと参照用のAuを電極材料とするモノポールアンテナの放射パターンに大きな違いは見られなかったことから、本研究で作製した低抵抗グラフェン膜はアンテナの電極材料として金属に近い振る舞いをすることがわかった。そしてWheele cap法により評価したグラフェンアンテナの放射効率ηは52.5%であり、その放射効率は参照用のAuアンテナの放射効率に対し約1/2にまで到達していた。以上本研究では、グラフェンの低抵抗化によってグラフェンアンテナの特性を制御し、電磁界解析によるグラフェンアンテナの設計を行うことができた。また実用的な透明アンテナの電極材料としてのグラフェンの可能性を見出すことができた。

在2020年，为了实现“透明和柔性石墨烯天线的控制和设计”，我们致力于制造和评估由三层层压的石墨烯膜制成的单极天线，这些天线由三层层压的石墨烯膜制成，它们结合了低板电阻和高可见光的光线。首先，通过三层层压板和载体掺杂产生了高可见光透射率为90％或更低的80Ω/平方英尺的石墨烯膜。据证实，通过载体掺杂，石墨烯膜在近红外区域的透射率增加了约2.3％。这被认为是因为用掺杂量降低了石墨烯的费米水平，并且由于电子引起的电子引起的频带间过渡而导致的2.3％的光吸收消除了波长端向高能侧移动的波长（Pauli阻塞）。因此，发现石墨烯是一种独特的材料，在电导率和透射率之间没有权衡关系。预计进一步的掺杂不仅会在近红外带中增加透射率，而且在可见光带中也会增加透射率。接下来，使用低电阻的三层层压石墨烯膜作为电极材料制造了带有地面板的单极天线。由于使用参考AU作为电极材料的石墨烯天线和单极天线的辐射模式没有显着差异，因此发现这项研究中制造的低阻抗石墨烯膜的表现与金属类似于天线的电极材料。通过Wheele Cap方法评估的石墨烯天线的辐射效率η为52.5％，辐射效率达到了参考Au天线的辐射效率的约1/2。在这项研究中，可以通过降低石墨烯的耐药性来控制石墨烯天线的特性，并且可以通过电磁场分析来执行石墨烯天线的设计。此外，有可能发现石墨烯是透明天线的实用电极材料。

项目成果

青山学院大学黄研究室

青山学院大学黄实验室

マイクロ波帯における金属/グラフェンコンタクト特性

微波波段金属/石墨烯接触特性

• 发表时间: 2019
• 作者: 小菅 祥平;須賀 良介;渡辺 剛志;橋本 修;黄 晋二
• 通讯作者: 黄 晋二

Characterization of contact properties at interface between metal and graphene up to 15 GHz

高达 15 GHz 的金属和石墨烯之间界面的接触特性表征

• DOI: 10.1002/eng2.12325
• 发表时间: 2020
• 期刊: Engineering Reports
• 影响因子: 2
• 作者: Kosuga Shohei;Suga Ryosuke;Watanabe Takeshi;Hashimoto Osamu;Koh Shinji
• 通讯作者: Koh Shinji

A Real-Time Free Chlorine Monitoring by Graphene Field-Effect Transistor (GFET)

通过石墨烯场效应晶体管 (GFET) 进行实时余氯监测

• 发表时间: 2019
• 作者: Kunpot Mopoung;Pattana Suwanyangyaun;Reiji Odanaka;Shohei Kosuga;Takeshi Watanabe;Shinji Koh;and Sakuntam Sanorpim
• 通讯作者: and Sakuntam Sanorpim

Characterization of graphene grown by direct-liquid-injection chemical vapor deposition with cyclohexane precursor in N2 ambient

• DOI: 10.1016/j.diamond.2020.107717
• 发表时间: 2020-04
• 期刊: Diamond and Related Materials
• 影响因子: 4.1
• 作者: T. Intaro;J. Hodak;Pattana Suwanyangyaun;R. Botta;N. Nuntawong;Masaya Niki;S. Kosuga;Takeshi Watanabe;S. Koh;T. Taychatanapat;S. Sanorpim