0 前言
作为一种新型二维纳米材料，石墨烯的组成结构与碳原子密不可分[1]。英国曼彻斯特大学 A.K.Geim 等教授从石墨中分离出石墨烯，并证明了其能稳定地存在于自然界中[2]，此举将石墨烯推到了科研人员的关注点之上。
通过巧妙地结合石墨烯和各向异性的超表面，我们可以获得多种独特的电磁特性，比如低损耗、高电子迁移率等，这在最近报道的一些文章中被证实了。在这些特性中，使用电掺杂来改变光学特性是最被注重的一种方式[3]。
一旦将石墨烯吸收器制备完成，对于带内跃迁部分来说，其余参数就不会发生变化了。但我们可以对石墨烯费米能级人为的进行调控，比如外加电场，这意味着在太赫兹波段我们可以对吸收峰进行调控。所以说，目前关于石墨烯的研究已经逐渐成为了热点，因为对电磁结构的吸收器件来说，它是一种被优先选择的材料。
2012年，利用入射光激发石墨烯表面的等离子基元共振机理，Sukosin Thongrattanasiri 等人[4]提出了一种基于圆盘形石墨烯结构的吸收器，实现了对光的高吸收。文中的仿真结果证明，在频率范围从1.18-2.96THz到2.26-3.85THz之间，文章中所设计结构的吸收率一直都位于90％以上，吸收带宽高达2.1THz。
1 透明电磁屏蔽
马栎敏[5]在其论文中提出了一种基于石墨烯/透明介质层叠结构的微波吸收方法，文中所提出的结构有效地提高了微波的吸收能力，同时还保持了高的透光性能，这些都通过优化介质厚度来实现。文中实验表明，四层石墨烯/透明介质层叠结构不但可以实现90%的透光率，同时还可以实现87%的微波吸收率。与单纯的石墨烯相比，该结构的引入将微波吸收率提高了60%以上，同时保持了高的透光性能。之后，该作者还提出了一种三层结构的透明电磁屏蔽装置，所提出结构建立在阻抗理论和传输线理论之上，通过模拟仿真，最后证实该结构可以吸收绝大部分的入射光，能有效减少反射，实现强吸收的效果。
2 超表面完美吸收
2018年，利用周期性椭圆型纳米圆盘石墨烯结构，国防科技大学电子科学学院物理系教授对双频吸收器进行了研究。其文章中设计的吸收器在多个频点处实现了完美吸收（0.24THz、0.32THz、0.39THz、0.52THz）[6]。
靳潇[7]研究了绝缘层材料的介电常数、厚度和图案化石墨烯尺寸分别对吸收峰值产生的影响。该论文中设计了一种多层多尺寸超表面，最终计算结果及电磁场分布表明方环形石墨烯图案的横轴与纵轴分别会激励一个特征频率，两处共振点线性叠加，最终实现对双波段相干完美吸收的效果。
3 多频带
陈鸿杰[8]研究了基于非图案化石墨烯的太赫兹吸收器，由“十字”电介质、单层完整石墨烯、电介质层和金属基底四层结构依次堆叠。其论文中证实了在频率分别为1.25THz 和2.81THz 处都出现了共振吸收峰，对应的吸收率分别为 97.81% 和 97.96%。最后作者通过分析共振频率处电场的分布，并且结合阻抗匹配原理探讨了所设计结构的吸收机理，证实了多个共振模式的综合效应导致了整个双带吸收谱的出现。
4 其他吸波研究
马心语[9]在其论文中设计了一种吸波器结构，同样是在太赫兹频段并且基于石墨烯材料。该结构由上下两层构成，上层是方形加枝节的石墨烯宽带吸波器结构，下层是石墨烯－ITO 嵌套形窄带吸收结构。通过仿真模拟，在 1．98～3．64 THz 范围内该吸波器能够实现 90%以上的宽频带吸收率，并且在 4．6～4．9 THz 范围内实现 96%以上吸收率。同时，模拟仿真结果表明，本文所设计的吸波器结构具有极化不敏感、宽入射范围等优点，在设计独立可调并且具备双频吸波功能的结构方面本文章做出了一定的贡献。
利用石墨烯，付立顺[10]在其论文中开发了一种新型超材料微结构材质，并在W型钡铁氧体吸波涂层的改进设计中应用了该材质。通过分析改进设计中使用该材质对吸波性能的影响，对吸波机理进行了研究。仿真发现，吸波涂层使用了该新型超材料微结构材质后，其吸波性能得到了大幅提高。具体表现为1.0 mm吸波涂层的有效吸收带宽可从0大幅增加到11.3 GHz，2.0mm吸波涂层−20 dB的吸收带宽可达到11.4 GHz。
4 结语
作为一种新型的二维材料，由于具备优异的电磁特性，比如可以通过改变电掺杂来改变其光学特性，换句话说，通过调整石墨烯的费米能级，进而可以调整它的等离子体频率，该特点使其在吸收方面具有独特的优势。本文主要从石墨烯用于超材料吸收方面展开描述，分别介绍了近期相关文章中的一些主要研究成果，包括电磁屏蔽结构、相干完美吸收、多频带吸收谱等。
参考文献：
[1] He X Y, Kim S. Graphene-supported tunable waveguide structure in the terahertz regime[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2013, 30(9):2461-2468.
[2] 张秦飞. 基于石墨烯的THz可调谐超材料器件研究[D]. 哈尔滨理工大学, 2016.
[3] Mayorov A S, Gorbachev R V, Morozov S V, et al. Micrometer-Scale Ballistic Transport in Encapsulated Graphene at Room Temperature[J]. Nano letters, 2011, 11(6):2396-2399.
[4] Thongrattanasiri S, Koppens F H L, García De Abajo F J. Complete opticlabsorption inperiodically patterned graphene[J]. Physical Review Letters, 2012, 108:047401.
[5]马栎敏. 基于石墨烯层叠结构的透明电磁屏蔽方法研究[D]. 哈尔滨工业大学,2018.
[6] Zhu Z H, Guo C C, Liu K, et al. Electrically tunable polarizer based on anisotropic absorption of graphene ribbons[J]. Applied Physics A, 2014, 114(4):1017-1021.
[7]靳潇. 基于石墨烯超表面相干完美吸收的特性研究[D].四川师范大学，2020.
[8]陈鸿杰. 基于石墨烯超材料的多带太赫兹吸收器研究[D]. 四川师范大学，2020.
[9]马心语. 基于石墨烯的太赫兹透明吸波器设计[D]. 大连交通大学，2020.
[10]付立顺, 孙明娟, 刘光烜, 李雪. 石墨烯超材料微结构材质的制备及其在吸波涂层改进设计上的应用[J].材料科学, 2019, 9(10): 905-915.
