CN108011180A - 一种石墨烯手机天线的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯手机天线的制备方法。将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序；印刷成膜，厚度控制在5‑100μm；制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；置于石墨高温炉，分别经30‑180分钟200‑600℃与60‑180分钟2000‑3000℃热处理，最后50‑200℃热压成型，制得柔性超高电导率大鳞片石墨烯薄膜；设计手机天线，并使用激光雕刻完成。与传统的碳基材料相比具有高面内取向结构，更大的尺寸，更少的内部接触点和接触电阻，其有优良的导电性和低平面阻抗，电导率可达5×10⁶S/m，在保持原有的通信功能基础上，具有轻质、高导热、低成本、易于加工、对环境友好的优势。

Description

一种石墨烯手机天线的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种石墨烯手机天线的制备方法。

背景技术

手机作为现代生活中必不可少的物品，在过去短短的几十年里，已经从早期的移动电话逐渐发展为今天功能强大的智能设备。手机天线，即手机上用于接收信号的设备，是手机通信的最重要的部件。随着人们需求的不断提升，以及科学技术的不断发展，手机天线的发展势不可挡。目前，绝大多数的手机天线的制备材料均为铜、合金等贵重金属材料，材料本身质量较重，价格昂贵,且制作过程复杂,这大大提高了生产成本,并且金属天线在高功率时的散热问题是其一个很大的难题，这限制了手机天线在轻质，低耗，高散热方面的发展。因此，找到一种合适的材料来代替金属材料设计手机天线意义重大。

近年来，碳基材料的各种不同的同素异形体被广泛的应用在电子领域，例如碳纳米管、石墨烯、石墨等。优良的碳基材料比大多数金属表现出更有利性能，比如轻质、柔性、机械可靠性、轻便行、光学特性以及在恶劣环境下的可靠性等。由于其有良的特性，各种碳基材料被用来制作射频微波器件。比如MitraAkbari等在2016年报道了将石墨烯用作制造天线的材料，设计制作了一种偶极子天线[IEEE Antennas&Wireless PropagationLetters,2016,15:1569-1572.]。研究证明，碳基材料的天线具有低成本，对环境友好的特点。又如A.Mehdipour等人在2009年报道了使用碳纤维设计制作出一种碟形天线[IEEEXplore,2009:1-4.]。

然而，目前所使用的新型碳材料制备的薄膜导电性能相对金属材料的导电率(10⁷S/m)还远远不足，且面电阻较大，所制作的天线增益等性能均不理想。特别是将石墨烯作为手机天线制作材料将面临更多的技术瓶颈，如因石墨烯膜电导率的不足致使手机天线辐射效率不高，影响手机各方面通信的性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种由超高电导率、轻质、高导热石墨烯薄膜制备的手机主天线、WIFI天线等各类手机天线。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序；印刷成膜，厚度控制在5-100μm；制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1所得氧化石墨烯薄膜置于石墨高温炉，分别经30-180分钟200-600℃与60-180分钟2000-3000℃热处理，最后50-200℃热压成型，制得柔性超高电导率大鳞片石墨烯薄膜；

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在100μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过120分钟500℃碳化与120分钟2500℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为200℃，制得柔性石墨烯薄膜。

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在80μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过180分钟200℃碳化与90分钟2000℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为100℃，制得柔性石墨烯薄膜。

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在5μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过30分钟600℃碳化与60分钟3000℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为50℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

本发明相对于现有技术，具有以下优势：

本发明的石墨烯手机天线在保持原有的通信功能基础上，还具有轻质、高导热、低成本、易于加工、对环境友好的优势。

本发明制备的石墨烯薄膜与传统的碳基材料相比具有高面内取向结构，前驱体具有更大的尺寸，使得其内部接触点变少，接触电阻变低，因此其有优良的导电性和低平面阻抗，其电导率可达5×10⁶S/m，可比拟金属导电性，这为制作高性能手机天线提供了必要的电导率。

另外，本发明的石墨烯薄膜密度仅为1.5g/cm³，仅为铜的六分之一，导热系数为1932.73W m^-1K^-1，这大大超过了金属铜的导热系数(398W m^-1K^-1)，这为制作轻质、优良导热的石墨烯手机天线提供了条件。

本发明的石墨烯手机天线对于碳基材料在天线领域尤其是手机天线的应用和发展具有极大的促进作用

附图说明

图1：石墨烯膜截面电镜图；

图2：石墨烯手机主天线；

图3：将石墨烯主天线应用到手机实物图；

图4：石墨烯天线手机和普通手机发热对比图；

图5：石墨烯天线手机蓝牙通信性能图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

1)制备柔性石墨烯薄膜：将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在100μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1)中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过120分钟500℃碳化与120分钟2500℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为200℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)取步骤2)中制得的柔性石墨烯膜样品，拍摄扫面电镜，测试其有序性，如图1所示，从图中可以看出，石墨烯膜层间排列非常有序，这大大提高了其电导率。

4)取步骤2)中制得的柔性石墨烯膜样品，测试其电导率、电阻率、密度和导热系数等特性；经测得，石墨烯薄膜的电导率为5×10⁶S/m，密度仅为1.5g/cm³，导热系数高达1932.73W m^-1K^-1；

5)根据步骤步骤4)测得石墨烯膜的电导率、磁导率等特性，运用电磁仿真软件设计手机主天线，按照仿真结果将超高电导率、轻质、高导热石墨烯膜使用激光雕刻机进行雕刻，制得石墨烯手机主通信天线，如图2所示。然后将石墨烯天线应用到手机上，如图3所示。最后测试手机通话功能，石墨烯天线手机通话功能正常。将石墨烯天线手机通话2个小时，测试手机的发热情况，如图4所示，从图中可以看出，在长时间通话后，石墨烯手机天线的温度要比原始手机温度低5℃以上。

实施例2

1)制备柔性石墨烯薄膜：将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在80μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1)中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过180分钟200℃碳化与90分钟2000℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为100℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)取步骤2)中制得的柔性石墨烯膜样品，拍摄扫面电镜，测试其有序性。

4)取步骤2)中制得的柔性石墨烯膜样品，测试其电导率、电阻率、密度和导热系数等特性；经测得，石墨烯薄膜的电导率为2.5×10⁶S/m，密度仅为1.5g/cm³，导热系数高达1600W m^-1K^-1；

5)根据步骤步骤4)测得石墨烯膜的电导率、磁导率等特性，运用电磁仿真软件设计手机蓝牙天线，按照仿真结果将超高电导率、轻质、高导热石墨烯膜使用激光雕刻机进行雕刻，制得石墨烯蓝牙手机天线，然后将石墨烯天线应用到手机上，最后测试手机蓝牙通信功能，如图5所示，从图中可以看出石墨烯天线手机蓝牙传输速率跟原手机类似，最高可达170KB/s。

实施例3

1)制备柔性石墨烯薄膜：将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在5μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1)中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过30分钟600℃碳化与60分钟3000℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为50℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)取步骤2)中制得的柔性石墨烯膜样品，拍摄扫面电镜，测试其有序性。

4)取步骤2)中制得的柔性石墨烯膜样品，测试其电导率、电阻率、密度和导热系数等特性；经测得，石墨烯薄膜的电导率为1.1×10⁶S/m，密度仅为1.5g/cm³，导热系数高达1200W m^-1K^-1；

5)根据步骤步骤4)测得石墨烯膜的电导率、磁导率等特性，运用电磁仿真软件设计手机WiFi天线，按照仿真结果将超高电导率、轻质、高导热石墨烯膜使用激光雕刻机进行雕刻，制得石墨烯WiFi手机天线，然后将石墨烯天线应用到手机上，最后测试手机WiFi功能，下载大视频文件，下载速度可维持在2Mb/s，下载速度快且性能稳定。

Claims (4)

1.一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序；印刷成膜，厚度控制在5-100μm；制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1所得氧化石墨烯薄膜置于石墨高温炉，分别经30-180分钟200-600℃与60-180分钟2000-3000℃热处理，最后50-200℃热压成型，制得柔性超高电导率大鳞片石墨烯薄膜；

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

2.一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在100μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过120分钟500℃碳化与120分钟2500℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为200℃，制得柔性石墨烯薄膜。

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

3.一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在80μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过180分钟200℃碳化与90分钟2000℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为100℃，制得柔性石墨烯薄膜。

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。

4.一种石墨烯手机天线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将大鳞片氧化石墨烯通过电场调控使其更加有序，然后将有序性更强的氧化石墨烯成膜，厚度控制在5μm，制得有序的大鳞片氧化石墨烯薄膜；

2)取步骤1中制得的有序氧化石墨烯薄膜，置于石墨高温炉，分别经过30分钟600℃碳化与60分钟3000℃高温石墨化处理，最后进一步热压成型，热压的温度为50℃，制得柔性石墨烯薄膜；

3)采用步骤2所得石墨烯薄膜设计手机天线，并使用激光雕刻完成。