本發(fā)明屬于新型材料制備領域，具體涉及一種微量氮摻雜石墨烯薄膜及射頻微波器件。

背景技術(shù)：

射頻微波器件是無線電設備的重要組成部分。無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞消息的，都是依靠射頻微波器件和其組成的系統(tǒng)來進行工作。因此，發(fā)展射頻微波器件意義重大。目前，大多數(shù)的射頻微波器件的制備材料是由金屬鋁、銅、金等組成，材料本身價格昂貴,且制作過程復雜,這大大提高了生產(chǎn)成本,并且金屬天線耐腐蝕和機械柔韌性方面有一定的不足。因此，找到一種合適的材料來代替金屬材料設計射頻微波器件的意義重大。

近年來，碳基材料的各種不同的同素異形體被廣泛的應用在電子領域，例如碳納米管、石墨烯、石墨等。優(yōu)良的碳基材料比大多數(shù)金屬表現(xiàn)出更有利性能，比如柔性、機械可靠性、輕便行、光學特性以及在惡劣環(huán)境下的可靠性等。由于其有良的特性，各種碳基材料被用來制作射頻微波器件。比如mitraakbari等在2016年報道了將石墨烯用作制造天線的材料，設計制作了一種偶極子天線[ieeeantennas&wirelesspropagationletters,2016,15:1569-1572.]。研究證明，碳基材料的天線具有低成本，對環(huán)境友好的特點。又如a.mehdipour等人在2009年報道了使用碳纖維設計制作出一種碟形天線[ieeexplore,2009:1-4.]。然而，目前所使用的新型碳材料制備的薄膜導電性能相對金屬材料的導電率(10⁷s/m)還遠遠不足，且面電阻較大，所制作的天線增益等性能均不理想，限制了其作為天線等無源器件的制作材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種具有高導電性及良好物理性能的石墨烯薄膜；另一目的還提供了一種射頻微波器件。

為達到上述目的，采用技術(shù)方案如下：

一種氮摻雜石墨烯薄膜，采用以下方法制備而來：

1)將聚酰亞胺、聚酰胺、氮摻雜石墨烯印刷成膜，厚度控制在5-100μm；50-200℃熱壓成型，制得石墨薄膜；

2)將所得石墨薄膜置于石墨高溫爐，分別經(jīng)200-600℃與2000-3000℃熱處理，最后50-200℃熱壓成型，制得柔性石墨烯薄膜。

按上述方案，步驟2中200-600℃與2000-3000℃熱處理時間分別為30-180分鐘、60-180分鐘。

一種射頻微波器件，包括天線、傳輸線、濾波器、耦合器、諧振器；

所述的天線采用上述氮摻雜石墨烯薄膜制備而來。

按上述方案，所述射頻微波器件頻率范圍為10mhz-30ghz。

本發(fā)明制備的石墨烯薄膜與傳統(tǒng)的碳基材料相比具有高面內(nèi)取向結(jié)構(gòu)，使得其有優(yōu)良的導電性和低平面阻抗，其導電率可以達到10⁶s/m，可比擬金屬導電性，這為制作高性能天線提供了必要的導電率。

另外經(jīng)高溫退火處理與氮摻雜的石墨烯膜具有良好的導電性，抗腐蝕能力強，柔軟性能好，對不同曲率半徑有較穩(wěn)定的電抗性能，這為制作柔性天線提供了條件。

石墨烯膜耐高溫、抗腐蝕、價格便宜的特性適宜生產(chǎn)柔性射頻天線。且石墨烯射頻微波器件與基于石墨烯油墨制作的器件相比，具有低消耗特性，并且可以彎曲，成本低廉、制作過程簡單、更加環(huán)保，與傳統(tǒng)金屬射頻微波器件相比具有類似的性能，但具有石墨烯獨特的耐高溫、抗腐蝕、柔性等性質(zhì)。

本發(fā)明高導電率的微量摻雜石墨烯薄膜的發(fā)現(xiàn)和制備方法對于碳基材料在天線領域的應用和發(fā)展具有極大的促進作用。

附圖說明

圖1：本發(fā)明石墨烯薄膜微觀圖。

圖2：本發(fā)明石墨烯薄膜的xps圖譜。

圖3：實施例1石墨烯天線與銅天線性能對比圖。

具體實施方式

以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。

實施例1

1)制備柔性石墨烯薄膜：將聚酰亞胺前驅(qū)體印刷成膜，印刷厚度為30μm，然后經(jīng)過100℃的熱壓成型，制得石墨薄膜；

2)取步驟1)中制得的石墨薄膜，置于石墨高溫爐，分別經(jīng)過200-600℃碳化與2000-3000℃高溫石墨化處理，最后進一步熱壓成型，熱壓的溫度為50-200℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)取步驟2)中制得的柔性石墨烯膜樣品，做投射電鏡分析和xps測量，結(jié)果如附圖1，附圖2所示；從附圖1中可以看出，本發(fā)明所制得的石墨烯薄膜是由單層石墨烯構(gòu)成，從附圖2中可以看出，石墨烯膜具有0.54％的微量氮摻雜。

4)取步驟2)中制得的柔性石墨烯膜樣品，測試其電導率、電阻率和磁導率等特性；

5)根據(jù)步驟步驟4)測得石墨烯膜的電導率、磁導率等特性，運用電磁仿真軟件設計中心頻率為865mhz的半波偶極子天線，按照仿真結(jié)果將石墨膜加工成型，并粘貼到柔性塑料基板上，使用sma連接頭將偶極子天線的兩臂進行連接，制得石墨烯膜射頻天線；

6)使用網(wǎng)絡分析儀、天線測試系統(tǒng)配合微波暗室測試天線的各項參數(shù)，對系統(tǒng)進行校準，以補償連接頭和傳輸線的損耗。

7)使用網(wǎng)絡分析儀的單端口測試天線在600mhz～1ghz的回波損耗|s11|，使用網(wǎng)絡分析儀的雙端口測試天線在600mhz～1ghz的正向傳輸系數(shù)|s21|并計算其增益。使用天線測試系統(tǒng)和微波暗室測試天線在諧振頻率點處的方向性，將標準天線和石墨烯天線相向放置，相距3m，將標準天線固定作為發(fā)射天線，石墨烯天線放置在轉(zhuǎn)臺上作為接收，將石墨天線按照1°的步進進行轉(zhuǎn)動測量，測得其方向性。為驗證石墨烯天線的性能，制作相同尺寸的銅天線作為比較，兩個天線的|s11|測試結(jié)果如附圖3所示。從附圖3中可以看出，石墨烯天線和銅天線具有類似的性能，且石墨烯天線具有更好的|s11|。

實施例2

1)制備柔性石墨烯薄膜：將聚酰胺前驅(qū)體印刷成膜，印刷厚度為30μm，然后經(jīng)過100℃的熱壓成型，制得石墨薄膜；

2)取步驟1)中制得的石墨薄膜，置于石墨高溫爐，分別經(jīng)過200-600℃碳化與2000-3000℃高溫石墨化處理，最后進一步熱壓成型，熱壓的溫度為50-200℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)取步驟2)中制得的柔性石墨烯膜樣品，做投射電鏡分析和xps測量；4)取步驟2)中制得的柔性石墨烯膜樣品，測試其電導率、電阻率和磁導率等特性；

4)根據(jù)步驟步驟3)測得石墨烯膜的電導率、磁導率等特性，運用電磁仿真軟件設計中心頻率為865mhz的半波偶極子天線，按照仿真結(jié)果將石墨膜加工成型，并粘貼到柔性塑料基板上，使用sma連接頭將偶極子天線的兩臂進行連接，制得石墨烯膜射頻天線；

5)使用網(wǎng)絡分析儀、天線測試系統(tǒng)配合微波暗室測試天線的各項參數(shù)，對系統(tǒng)進行校準，以補償連接頭和傳輸線的損耗。

6)使用網(wǎng)絡分析儀的單端口測試天線在600mhz～1ghz的回波損耗|s11|，使用網(wǎng)絡分析儀的雙端口測試天線在600mhz～1ghz的正向傳輸系數(shù)|s21|并計算其增益。使用天線測試系統(tǒng)和微波暗室測試天線在諧振頻率點處的方向性，將標準天線和石墨烯天線相向放置，相距3m，將標準天線固定作為發(fā)射天線，石墨烯天線放置在轉(zhuǎn)臺上作為接收，將石墨天線按照1°的步進進行轉(zhuǎn)動測量，測得其方向性。

實施例3

1)制備柔性石墨烯薄膜：將摻氮石墨烯前驅(qū)體印刷成膜，印刷厚度為30μm，然后經(jīng)過100℃的熱壓成型，制得石墨薄膜；

2)取步驟1)中制得的石墨薄膜，置于石墨高溫爐，分別經(jīng)過200-600℃碳化與2000-3000℃高溫石墨化處理，最后進一步熱壓成型，熱壓的溫度為50-200℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)取步驟2)中制得的柔性石墨烯膜樣品，做投射電鏡分析和xps測量；

4)取步驟2)中制得的柔性石墨烯膜樣品，測試其電導率、電阻率和磁導率等特性；

5)根據(jù)步驟步驟4)測得石墨烯膜的電導率、磁導率等特性，運用電磁仿真軟件設計中心頻率為865mhz的半波偶極子天線，按照仿真結(jié)果將石墨膜加工成型，并粘貼到柔性塑料基板上，使用sma連接頭將偶極子天線的兩臂進行連接，制得石墨烯膜射頻天線；

6)使用網(wǎng)絡分析儀、天線測試系統(tǒng)配合微波暗室測試天線的各項參數(shù)，對系統(tǒng)進行校準，以補償連接頭和傳輸線的損耗。

7)使用網(wǎng)絡分析儀的單端口測試天線在600mhz～1ghz的回波損耗|s11|，使用網(wǎng)絡分析儀的雙端口測試天線在600mhz～1ghz的正向傳輸系數(shù)|s21|并計算其增益。使用天線測試系統(tǒng)和微波暗室測試天線在諧振頻率點處的方向性，將標準天線和石墨烯天線相向放置，相距3m，將標準天線固定作為發(fā)射天線，石墨烯天線放置在轉(zhuǎn)臺上作為接收，將石墨天線按照1°的步進進行轉(zhuǎn)動測量，測得其方向性。