加州理工科研課題

石墨烯對于天線輻射性能的調控與研究

課題簡介

電磁學（Electromagnetism）是研究電磁力（電荷粒子之間的一種物理性相互作用） 的物理學分支。電磁力通常表現為電磁場，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。 電學與磁學領域密切相關。電磁學可以廣義地包含電學和磁學，但狹義來說是探討電與磁彼此之間相互關系的一門學科。

天線（Antenna）是一種用來發射或接收無線電波的設備，廣泛而言為電磁波的電子元件。天線應用于廣播和電視、點對點無線電通訊、雷達和太空探索等系統。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，英國曼徹斯特大學物理學家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性實驗”獲得2010年諾貝爾物理學獎。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。與傳統的實驗相比，計算機模擬技術通過數學建模，解放了普通實驗對于器材的苛刻要求，具有可多次進行、反復試錯的優點。同時，由于計算機模擬技術黑箱化了復雜的理論推導與數據計算，能夠以直觀的方式呈現研究的成果，對于初次涉獵科學研究的高中生而言，也更為簡單易學、容易上手。

例如：在設計外太空的衛星軌道時，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現外太空的環境，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星的軌道進行模擬、反復實驗，并基于模擬實驗的結果，完成科學的軌道設計。

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授課導師

1、加州理工大學博士
2、研究方向：電子工程、光學；
3、多次以第一作者身份在Optics Express等重要期刊上發表學術論文。

課題要求

本課題適合： 9-12 年級學生，有較強的邏輯思維和抽象思維能力：

英文：
1、具備基本的學術英語閱讀能力；
2、接觸過英文寫作，有論文寫作經驗者更佳；

 

數學：
1、微積分基礎知識；
2、最優化基礎知識；
3、數值分析基礎知識；

 

計算機：
1、計算機建模；
2、計算機模擬；

物理學：
1、計算機建模；
2、計算機模擬；

工程：
1、機械工程；
2、電子工程。