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。

In 2020, we will strive to achieve the goal of "transparent, low-resistance, high-visible light transmittance," and maintain a three-layer laminate, film, electrode material, grounding plate, and evaluation of the operation of transparent, low-resistance, high-visible light transmittance. 3-layer film with high visible light transmittance of more than 90% and low resistance of 80Ω/sq The transmittance of the film in the near-infrared region at wavelengths of 900-1300nm increased by about 2.3% The light absorption of 2.3% of the electrons due to optical excitation is not detected at the wavelength end. The relationship between conductivity and transmittance is different from that between materials. In the future, the transmittance of the visible light spectrum will increase. Next, the electrode material of the low-resistance three-layer laminated film is manufactured by the ground plate. In this study, the electrode material of Au with low resistance was prepared. The emission efficiency η of the Wheele cap method is about 52.5%, and the emission efficiency of the Au cap method is about 1/2 of that of the Au cap method. The above research aims to control the characteristics of low resistance and electromagnetic field analysis. The possibility of transparent electrode materials for practical applications and the possibility of conversion has been demonstrated.

项目成果

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

青山学院大学黄研究室

青山学院大学黄实验室

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

グラフェン電界効果トランジスタを用いた溶液ゲート型遊離塩素センサにおけるゲート電極の影響

使用石墨烯场效应晶体管的溶液栅游离氯传感器中栅电极的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: 仲條 康太;渡辺 剛志;小菅 祥平;黄 晋二
• 通讯作者: 黄 晋二