石墨烯對天線輻射性能的研究

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，被認為是一種未來革命性的材料。今天小編推薦的課題的內(nèi)容是關(guān)于石墨烯的。課題題目是加州理工科研課題：石墨烯對于天線輻射性能的調(diào)控與研究。

課題簡介

電磁學(xué)（Electromagnetism）是研究電磁力（電荷粒子之間的一種物理性相互作用） 的物理學(xué)分支。電磁力通常表現(xiàn)為電磁場，如電場、磁場和光。電磁力是自然界中四種基本相互作用之一。 電學(xué)與磁學(xué)領(lǐng)域密切相關(guān)。電磁學(xué)可以廣義地包含電學(xué)和磁學(xué)，但狹義來說是探討電與磁彼此之間相互關(guān)系的一門學(xué)科。

天線（Antenna）是一種用來發(fā)射或接收無線電波的設(shè)備，廣泛而言為電磁波的電子元件。天線應(yīng)用于廣播和電視、點對點無線電通訊、雷達和太空探索等系統(tǒng)。天線通常在空氣和外層空間中工作，也可以在水下運行，甚至在某些頻率下工作于土壤和巖石之中。

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家Andre和Konstantin成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯依舊是當今世界研究的前沿課題。

本課題中，我們巧妙地將石墨烯作為天線輻射的一部分，研究單原子層的石墨烯對天線輻射性能的調(diào)控。讓我們一起見證神奇的單原子層帶來的奇跡！

科研方法

計算機仿真模擬

計算機仿真模擬是一種運用計算機軟件建立抽象模型、模擬真實條件并進行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實驗相比，計算機模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實驗對于器材的苛刻要求，具有可多次進行、反復(fù)試錯的優(yōu)點。同時，由于計算機模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計外太空的衛(wèi)星軌道時，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計算機強大的運算能力，對外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進行模擬、反復(fù)實驗，并基于模擬實驗的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計。

授課導(dǎo)師

加州理工大學(xué)博士

研究方向：電子工程、光學(xué)；

多次以第一作者身份在Optics Express等重要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級學(xué)生，有較強的邏輯思維和抽象思維能力：

英文：

具備基本的學(xué)術(shù)英語閱讀能力；

接觸過英文寫作，有論文寫作經(jīng)驗者更佳；

數(shù)學(xué)：

微積分基礎(chǔ)知識；

最優(yōu)化基礎(chǔ)知識；

數(shù)值分析基礎(chǔ)知識；

計算機：

計算機建模；

計算機模擬；

物理學(xué)：

計算機建模；

計算機模擬；

工程：

機械工程；

電子工程。

加州理工科研課題：石墨烯對于天線輻射性能的調(diào)控與研究這個課題對于未來想要研究這方面內(nèi)容的同學(xué)來說，是一個很好的機會。

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