石墨烯材料在艦船強電磁防護技術(shù)中的應(yīng)用

劉培國，劉翰青，王軻，2

1 國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院，湖南長沙410073

2 中國人民解放軍31437 部隊，遼寧 沈陽110021

0 引 言

現(xiàn)代軍事變革日新月異，各類戰(zhàn)場通信設(shè)備的信息化和智能化水平不斷提升，同時也面臨著日趨嚴(yán)峻的電磁環(huán)境威脅。作為一類能夠準(zhǔn)確高效打擊電子通信設(shè)備的新型武器，強電磁武器主要包括高功率微波、強電磁脈沖、高能激光等，目前正朝著小型化、脈沖參數(shù)可調(diào)化、高輻射功率、高機動性方向發(fā)展，已成為艦船平臺敏感系統(tǒng)的“頭號殺手”［1］。強電磁武器瞬間釋放的電磁波可以通過敏感電子系統(tǒng)的傳感器、電纜、孔縫等耦合數(shù)千伏的峰值電壓或數(shù)十千安的峰值電流進入敏感電子設(shè)備和系統(tǒng)內(nèi)部，直接導(dǎo)致內(nèi)部射頻微波前端模塊中半導(dǎo)體器件和電路的電擊穿、熱熔斷或熱應(yīng)力破壞，嚴(yán)重影響艦船平臺的作戰(zhàn)效能，對艦船平臺敏感電子信息系統(tǒng)構(gòu)成致命的威脅［2］。因此，研究對強電磁武器具有有效防護效果的新材料、新裝置，提升艦船平臺對強電磁脈沖武器攻擊的防護能力，對于保障艦船裝備的戰(zhàn)場生存能力和作戰(zhàn)效能有著重大的戰(zhàn)略意義。

自2004 年由機械剝離而被發(fā)現(xiàn)后，石墨烯由于其自身廣泛而獨特的物理化學(xué)性能，受到各個領(lǐng)域的廣泛關(guān)注：一是超強的導(dǎo)電能力，由于Klein 隧穿效應(yīng)的存在，室溫條件下石墨烯電子遷移率可高達(dá)傳統(tǒng)半導(dǎo)體電子遷移率的100 多倍；二是超高的硬度，石墨烯是目前已知最堅固的材料之一，實驗室中測得其楊氏模量約為1.0 TPa、斷裂強度約為125 GPa，經(jīng)石墨烯摻雜后的高分子材料強度可提高數(shù)十倍；三是穩(wěn)定的韌性和延展性，采用彎曲、折疊和卷曲等技術(shù)手段，可在不破壞石墨烯結(jié)構(gòu)的前提下有效操縱其表層電子、光學(xué)和聲子性能；四是超快的導(dǎo)熱能力，其熱導(dǎo)率為5 300 W·m-1·K-1，且隨著幾何尺寸增大呈指數(shù)級增長［3-5］。為此，基于石墨烯獨特的物理性能，針對強電磁武器以及高空核爆等可能產(chǎn)生的各種類型攻擊，本文擬綜述石墨烯光電器件（包括石墨烯光學(xué)開關(guān)器件、石墨烯太赫茲調(diào)制器等）在強電磁武器防護領(lǐng)域的可行性，以及石墨烯復(fù)合物吸波材料在艦船雷達(dá)隱身技術(shù)中的應(yīng)用前景，進而總結(jié)石墨烯材料在艦船強電磁防護技術(shù)中的研究價值。

1 石墨烯光電特性

將石墨烯材料用于艦船強電磁防護研究的出發(fā)點，是基于石墨烯材料獨特的光電特性。石墨烯是一種二維平面材料，其電磁特性主要由表面電導(dǎo)率來表征。根據(jù)Kubo 公式，單層石墨烯的表面電導(dǎo)率表達(dá)式［6］為

式中：e 為單位電荷量；? 為約化普朗克常數(shù)；ω為角頻率；Γ 為弛豫能量；T 為溫度；kB為玻爾茲曼常數(shù)；μc為石墨烯化學(xué)勢；σintra和σinter分別代表帶內(nèi)躍遷和帶間躍遷對石墨烯表面電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)。圖1～圖2 為計算所得的石墨烯表面電導(dǎo)率在不同波段下的響應(yīng)情況，圖中實線為實際值，虛線為虛擬值。在光波段，帶內(nèi)貢獻(xiàn)與帶間貢獻(xiàn)基本處于相同數(shù)量級，均會對石墨烯表面電導(dǎo)率產(chǎn)生影響；而在太赫茲波段，帶內(nèi)貢獻(xiàn)比帶間貢獻(xiàn)高出了3 個數(shù)量級，因此帶內(nèi)躍遷起到?jīng)Q定性作用，帶間躍遷可忽略不計。

圖1 光波段內(nèi)帶內(nèi)和帶間躍遷對石墨烯表面電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)Fig.1 Contribution of intraband and interband to the surface conductivity of graphene in optical band

圖2 太赫茲頻段內(nèi)帶內(nèi)和帶間躍遷對石墨烯表面電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)Fig.2 Contribution of intraband and interband to the surface conductivity of graphene in the terahertz band

除了電學(xué)特性外，石墨烯的光學(xué)特性同樣引人關(guān)注。由于能量與動量間的線性關(guān)系，當(dāng)電子在石墨烯中傳輸時表現(xiàn)出無質(zhì)量費米子的行為，這種能帶關(guān)系使得石墨烯具有量子霍爾效應(yīng)和室溫下的載流子近彈道傳輸特性［7］。在近紅外波段和可見光范圍內(nèi)，石墨烯帶間電子躍遷效應(yīng)占主導(dǎo)地位，與金屬中自由電子的響應(yīng)類似，可以激發(fā)表面等離子激元波并增強其局域響應(yīng)，因此具有良好的吸波能力。通過計算可得單層石墨烯的光透射率約為97.7%，因此在近紅外波段和可見光范圍內(nèi)，單層石墨烯的光吸收效率為與波長無關(guān)的常量，約為2.3%。當(dāng)入射光較弱時，石墨烯內(nèi)電子極化強度與外加電場呈線性關(guān)系；而當(dāng)入射光很強時，石墨烯則呈現(xiàn)出顯著的非線性特性，電子極化強度與外加場有非線性關(guān)系［8］。石墨烯的光學(xué)非線性特性取決于其三階非線性系數(shù)，該系數(shù)依賴于單位體積內(nèi)極化強度與外加電場三次方的比值。基于石墨烯的非線性效應(yīng)，觀察到許多有價值的現(xiàn)象，如：飽和吸收、四波混頻、雙光子吸收、反飽和吸收、光限幅等［9］。

將石墨烯材料用于艦船強電磁防護研究的關(guān)鍵點，是基于石墨烯光電特性的動態(tài)可調(diào)諧性。在化學(xué)摻雜或外加偏置電壓的條件下，石墨烯電導(dǎo)率可實現(xiàn)一定范圍的動態(tài)調(diào)節(jié)，進而改變其光電特性?？烧{(diào)諧性為研究石墨烯光電調(diào)制器件提供了重要的理論依據(jù)。圖3 為得到的在近紅外和微波波段下石墨烯電學(xué)參數(shù)與化學(xué)勢μc的關(guān)系圖。

石墨烯的可調(diào)諧性在近紅外波段主要表征為表面電導(dǎo)率可調(diào)，而在微波波段主要表征為表面阻抗可調(diào)：由圖3（a）可見，近紅外波段內(nèi)，當(dāng)μc由0.2 eV 增大至0.8 eV 時，表面電導(dǎo)率實部（藍(lán)線）整體呈下降趨勢，且在0.3～0.5 eV 內(nèi)下降速率較快，而虛部（紅線）則先減小后增大，在0.42 eV 達(dá)到極小值；由圖3（b）可見，微波波段內(nèi)，隨著μc增大，表面阻抗虛部（綠線）逐漸減小且趨于穩(wěn)定值，而實部（紫線）則幾乎保持不變。通過外加偏置電壓，可以實現(xiàn)對石墨烯化學(xué)勢μc的有效調(diào)節(jié)，偏置電壓Vg與μc具有如下關(guān)系［10］

圖3 石墨烯電學(xué)參數(shù)與化學(xué)勢的關(guān)系Fig.3 Relationship between graphene surface conductivity，impedance and chemical potential

式中：vF為費米速度；ns為載流子濃度；C 為單位面積有效電容。計算表明，將石墨烯化學(xué)勢由0.2 eV 調(diào)節(jié)至0.8 eV 所需的外加偏置電壓約為20.4 V。為進一步增強石墨烯光電器件的調(diào)制靈敏度，可采用化學(xué)摻雜引入偏移電壓的方式，有效降低偏置電壓［11］。

2 石墨烯光電器件

高功率微波和強電磁脈沖等強電磁武器通過輻射場強極高的電磁波，達(dá)到破壞目標(biāo)電子信息系統(tǒng)的目的。目前，艦載強電磁武器已經(jīng)實戰(zhàn)化并不斷小型化、多樣化，對艦船信息化裝備構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，而屏蔽、濾波、接地等常規(guī)防護手段無法應(yīng)對從射頻前端進入系統(tǒng)的同頻段強電磁毀傷［12］。另一方面，高能激光武器通過加載先進激光脈沖調(diào)制平臺，定向發(fā)射高能激光束，可實現(xiàn)對一定距離外作戰(zhàn)目標(biāo)的打擊與防御，具有重要戰(zhàn)略意義［13］。

本文將首先綜述石墨烯光電器件的研究進展，并介紹目前開展的基于石墨烯光電器件的艦船強電磁防護技術(shù)研究現(xiàn)狀。針對天線和射頻前端的防護，研究基于石墨烯超材料的新型太赫茲調(diào)制器，為解決艦船電子信息系統(tǒng)遭受多頻段強電磁毀傷問題提供技術(shù)支撐。針對海洋戰(zhàn)場環(huán)境下高能激光武器攻擊的防護技術(shù)，主要聚焦于高能激光束產(chǎn)生的高密度能量和超高溫度，將艦船光敏設(shè)備（如光電探測器、紅外儀、高速攝像機等）與石墨烯相結(jié)合，開展具有超快響應(yīng)、高承受閾值、低傳輸損耗等優(yōu)點的石墨烯光學(xué)開關(guān)器件及其前端防護裝置的研究。

2.1 石墨烯光電器件研究進展

2.1.1 石墨烯太赫茲器件研究進展

太赫茲波是指頻率介于0.1～10 THz 的電磁波，比微波的方向性更強又比紅外光的損耗更低，因此成為了下一代無線通信的研究熱點。目前，難以有效操縱太赫茲波的傳輸，仍然是太赫茲技術(shù)發(fā)展所面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。具有周期性金屬諧振結(jié)構(gòu)的太赫茲超材料可與入射太赫茲波之間產(chǎn)生強烈諧振，因此其成為了太赫茲技術(shù)應(yīng)用的良好載體。Zhang 等［14］設(shè)計了一種具有太赫茲吸波性能的石墨烯可調(diào)諧超材料吸波體。該吸波體周期單元主要由交叉“十字形”金屬、聚合物介質(zhì)層、單層石墨烯網(wǎng)格柵條和金屬反射基底等組成，其中石墨烯鋪置于交叉“十字形”金屬與介質(zhì)層之間。在上、下金屬面接入柵極電壓，可有效調(diào)節(jié)石墨烯化學(xué)勢。該超材料的峰值頻率調(diào)諧范圍為15%，峰吸收性能近乎完美。因此，該吸波體可靈活控制太赫茲波吸收譜和極化狀態(tài)，非常適合用于太赫茲射頻互連器件的研發(fā)。

在中紅外和太赫茲波段，石墨烯與入射電磁波耦合時會表現(xiàn)出強半金屬性并產(chǎn)生強烈的表面等離子體共振效應(yīng)，且比貴重金屬具有更低的損耗和更大的帶寬。Xiao 等［15］設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單的石墨烯太赫茲吸波體。該吸波體表面為刻蝕成圓孔缺陷陣列的單層石墨烯，下層為介質(zhì)層和金屬底板。改變圓孔半徑、陣列周期、石墨烯化學(xué)勢等參數(shù)，均可有效調(diào)節(jié)石墨烯表面等離子體激元，進而調(diào)節(jié)吸波體的吸收性能。該結(jié)構(gòu)在下一代具有可調(diào)諧光譜和極化選擇性能的太赫茲探測器中具有潛在的應(yīng)用價值。

波導(dǎo)在偏振器、開關(guān)轉(zhuǎn)換器、光電調(diào)制器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。He 等［16］將雙層石墨烯分別放置于波導(dǎo)的上、下端面，設(shè)計了一種新型太赫茲可調(diào)諧波導(dǎo)，并采用有限元法和傳遞矩陣法對該波導(dǎo)的傳輸特性進行仿真計算。結(jié)果表明，隨著石墨烯化學(xué)勢增加，有效指數(shù)減小，損耗增大。通過在波導(dǎo)上、下端面施加?xùn)艠O電壓，可以有效調(diào)節(jié)波導(dǎo)的傳播特性，傳輸損耗的調(diào)制深度可達(dá)90%以上。因此這項研究可用于設(shè)計新型傳感器、調(diào)制器和極化器等離子體器件。

由于石墨烯本身具有優(yōu)良表面等離子體激元特性，因此電磁波可以被束縛在石墨烯表面并進行低損耗傳輸。Lu 等［17］提出采用外加偏置的方式來調(diào)控石墨烯表面等離子體激元的傳輸特性，并設(shè)計了一種石墨烯平面波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)。該開關(guān)由1 個“Y 字型”雙通道石墨烯平面波導(dǎo)和分別位于2 個輸出端的石墨烯諧振圓環(huán)組成。實驗結(jié)果表明，改變石墨烯諧振圓環(huán)的化學(xué)勢可以使電磁波從不同端口輸出，實現(xiàn)良好的開關(guān)轉(zhuǎn)換特性。

2.1.2 石墨烯光子晶體研究現(xiàn)狀

單層石墨烯對入射光的吸收率約為2.3%，雖然這個值與有耗吸波材料相比并不算高，但是考慮到石墨烯僅有單層原子厚度，仍然可以認(rèn)為石墨烯具有良好的吸光特性。光子晶體是由介電常數(shù)不同的介質(zhì)在一維、二維或者三維空間內(nèi)依次交替排布形成的人工周期材料，具有光子帶隙、負(fù)折射率、表面等離子體、群速度異常、窄帶傳輸、寬帶反射、慢光效應(yīng)等優(yōu)良的光學(xué)特性，在Fano 濾波器、薄膜反射器、激光器、非線性光學(xué)等領(lǐng)域都有著極為重要的研究意義。將石墨烯與光子晶體結(jié)合，既可以發(fā)揮光子晶體的一般特性，又能兼顧石墨烯材料良好的吸光特性和可調(diào)諧特性。石墨烯材料目前已廣泛應(yīng)用于各類光子晶體器件設(shè)計。

Vincenti 等［18］設(shè)計了一種包含石墨烯缺陷層的一維光子晶體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用石墨烯的吸光特性和光子晶體缺陷的幾何不對稱性，實現(xiàn)了窄帶、可調(diào)諧、接近于100%的吸收效果。通過調(diào)節(jié)光子晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，有效抑制了石墨烯三階非線性效應(yīng)，將單層石墨烯的非線性飽和閾值降低了2個數(shù)量級，提高了三次諧波的轉(zhuǎn)換率。Pan等［19］設(shè)計了一種基于單層石墨烯-硅波導(dǎo)的混合調(diào)制器，該結(jié)構(gòu)由一個緊湊的二維光子晶體納米梁腔耦合到一個總線波導(dǎo)上，并在上層鋪設(shè)單層石墨烯。通過電調(diào)制石墨烯的化學(xué)勢，可以改變波導(dǎo)的品質(zhì)因子和共振波長，從而實現(xiàn)對入射光的有效調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)是一種高效的光電調(diào)制器，在基于波分復(fù)用器的多路光纖通信系統(tǒng)研究中有重要應(yīng)用價值。

石墨烯熱導(dǎo)率極高，是一種良導(dǎo)熱體，最近陸續(xù)發(fā)表了有關(guān)石墨烯溫控光子晶體器件研究的文獻(xiàn)。Yan 等［20］設(shè)計了一種基于石墨烯材料的慢光硅二維光子晶體波導(dǎo)。單層石墨烯作為微加熱器覆蓋于光子晶體波導(dǎo)上，通過加熱石墨烯可以促進其與波導(dǎo)內(nèi)入射光相互作用，使波導(dǎo)的傳輸特性發(fā)生改變。實驗結(jié)果表明，石墨烯作為一種高效加熱器，其調(diào)諧效率高達(dá)1.07 nm/mW，且實現(xiàn)調(diào)制的升溫和降溫過程僅為750 和525 ns，是目前已知調(diào)制速度最快的光子微加熱器。

2.2 石墨烯光電器件設(shè)計

2.2.1 石墨烯太赫茲器件設(shè)計

目前，強電磁武器技術(shù)越來越成熟，其輻射波形正從單一強電磁脈沖向著多種脈沖組合的方向發(fā)展，具有輻射波形可調(diào)制、場強分布密集、工作頻帶覆蓋范圍廣等特征，因此艦載衛(wèi)星通信接收機等射頻前端裝置所處的電磁環(huán)境日益嚴(yán)峻。超材料是具有超常物理性質(zhì)的人工電磁材料，將石墨烯與太赫茲超材料相結(jié)合，利用石墨烯在外加偏置電壓下電導(dǎo)率的可調(diào)諧性，可開展具有頻率選擇機制的新型空間防護技術(shù)研究。圖4 給出了我們設(shè)計的石墨烯太赫茲調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括表面金屬開環(huán)、SiO2介質(zhì)層、單層石墨烯和Si 基底，其中，h3，h2，hg和h1分別為金屬、SiO2介質(zhì)、石墨烯和Si 厚度；W1為該調(diào)制器單元邊長；W2為表面金屬結(jié)構(gòu)邊長；W3為位于中央的金屬開環(huán)邊長。圖5 為該石墨烯太赫茲調(diào)制器的傳輸系數(shù)和反射系數(shù)的仿真結(jié)果。

在圖5（a）所示的傳輸譜中，2.2 和5.4 THz 處分別出現(xiàn)了2 個諧振峰，其中諧振峰2 為該調(diào)制器的主要諧振峰。在圖5（b）所示的反射譜中，僅3.0 THz 處出現(xiàn)了單一諧振峰。當(dāng)化學(xué)勢由0.1 eV增大至0.5 eV 時，傳輸峰值頻率由5.32 THz 增加至5.49 THz，而反射峰值頻率由2.44 THz 增加至3.39 THz；同時傳輸峰值由-33.8 dB增加至-25.5 dB，而反射峰值由-12.9 dB 增加至-7.6 dB。

圖4 石墨烯太赫茲調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of graphene terahertz modulator

圖5 在不同化學(xué)勢下石墨烯太赫茲調(diào)制器的傳輸譜與反射譜Fig.5 Transmission spectrum and reflection spectrum of graphene terahertz modulator under different chemical potential

由此可見，調(diào)節(jié)化學(xué)勢可以顯著改變石墨烯的電學(xué)特性，進而改變復(fù)合太赫茲超材料對入射波的諧振特性。通過合理設(shè)計，將石墨烯太赫茲調(diào)制器加載于艦船通信設(shè)備前端，在正常狀態(tài)下工作信號可通過調(diào)制器進入射頻通道，而在攻擊狀態(tài)下調(diào)制器對強電磁波具有屏蔽效果，有效保護接收裝置。目前，太赫茲波段的超材料主要調(diào)節(jié)的是石墨烯電導(dǎo)率，而大部分艦載通信設(shè)備的工作頻段均為微波段，因此可以通過調(diào)節(jié)石墨烯阻抗，研發(fā)具有選擇機制的超材料前端防護裝置。

2.2.2 石墨烯光子晶體設(shè)計

圖6 給出了我們設(shè)計的石墨烯光子晶體波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。該器件主要由光波導(dǎo)、光子晶體波導(dǎo)（photonics crystal waveguide，PCW）、多層石墨烯和SiO2基板構(gòu)成，采用多層石墨烯可提高整個開關(guān)裝置的承受閾值。其中，W4和h4分別為光波導(dǎo)的寬度和厚度；W5為光子晶體波導(dǎo)的厚度；W6為光子晶體波導(dǎo)與光波導(dǎo)的間距；d 為空氣腔的間距；r 為空氣腔的半徑；r1，r2，…，r6為波導(dǎo)缺陷部分空氣腔半徑；d1，d2，…，d5為缺陷部分空氣腔的間距；rg為石墨烯堆棧位于缺陷部分中央的空氣腔的半徑。多層石墨烯結(jié)構(gòu)的表面覆蓋了一層n 型摻雜硅片，厚度為h5。饋電回路一端接于此摻雜硅片上，另一端接于SiO2基底上，因此外加偏置電壓可經(jīng)過饋電回路有效調(diào)節(jié)石墨烯化學(xué)勢。

圖6 石墨烯波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structure of graphene switching

圖7（a）給出了在不同石墨烯化學(xué)勢下，該波導(dǎo)開關(guān)在1 645～1 665 nm 波段內(nèi)的傳輸譜。當(dāng)μc=0.8 eV 時，在透射譜的通帶內(nèi)傳輸損耗相對較小，光波導(dǎo)的傳輸率可達(dá)80%以上；而在1 658.6 nm 處，光波導(dǎo)的傳輸率幾乎下降至零。隨著化學(xué)勢的減小，共振波長由1 658.5 nm 逐漸減小至1 654.1 nm。圖7（b）給出了該結(jié)構(gòu)的吸收譜曲線圖，當(dāng)化學(xué)勢由0.8 eV 減小至0.4 eV 時，吸收峰峰值由24.81%增大逐漸至51.27%。與此同時，吸收峰波長與波導(dǎo)共振波長基本保持一致，這表明當(dāng)光波導(dǎo)與PCW 發(fā)生耦合共振時，大部分入射光會耦合進入缺陷腔并被多層石墨烯吸收。由此可見，石墨烯波導(dǎo)開關(guān)在外加偏置電壓條件下能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換功能，當(dāng)強激光入射時，可以通過改變波導(dǎo)傳輸特性使大部分入射能量通過耦合作用被石墨烯吸收，防止艦船前端光敏設(shè)備由于吸收強激光而導(dǎo)致高溫過熱并損毀失效，能夠起到良好的防護效果。

3 石墨烯吸波材料研究進展

石墨烯較高的介電常數(shù)以及外層電子易極化弛豫的特性使其可作為潛在的介電損耗基材，應(yīng)用于艦船通信設(shè)備的吸波材料。2011 年，英國巴斯大學(xué)研究人員首次采用改性Hummers 方法，通過化學(xué)還原制得石墨烯，在7 GHz 頻點處實現(xiàn)了-6.9 dB 的吸波強度［21］。目前，石墨烯吸波材料研究已有許多相關(guān)報道，其中大部分均采用化學(xué)氧化還原法制備，其表面存在大量缺陷以及殘留氧化官能團，能夠顯著增強阻抗匹配，提高吸波性能。

圖7 不同化學(xué)勢下石墨烯波導(dǎo)開關(guān)的傳輸譜與吸收譜Fig.7 Transmission spectrum and absorption spectrum of graphene switching under different chemical potential

單層石墨烯對電磁波的總體衰減效果仍然相對較弱，這與其吸波機制單一有關(guān)。因此將石墨烯與不同吸波機制的基材復(fù)合，是當(dāng)前研究石墨烯吸波材料的一個發(fā)展趨勢。根據(jù)基材組成的不同，可將石墨烯復(fù)合吸波材料分為石墨烯-金屬納米復(fù)合材料、石墨烯-聚合物納米復(fù)合材料和石墨烯-金屬-聚合物三元納米復(fù)合材料，其中石墨烯含量、材料厚度和基材種類都會對吸波特性產(chǎn)生顯著影響［22］。林帥等［23］用熱溶法制備了一種獨特的Fe3O4空心球/石墨烯氧化物復(fù)合吸波材料，與石墨烯氧化物和純Fe3O4納米粒子相比，這種新型復(fù)合物擁有更寬吸波波段和更強吸收效果。實驗結(jié)果表明，該復(fù)合物（濃度30%）的吸收強度在12.9 GHz 時可達(dá)-24 dB，并且在反射損耗大于-10 dB時擁有4.9 GHz的吸收帶寬（10.8～15.7 GHz）。邱蘭等［24］合成了基于氧化石墨烯、導(dǎo)電聚合物和Co3O4納米顆粒的三元復(fù)合材料，由于Co3O4的偶極極化、電子自旋和電介質(zhì)極化，氧化石墨烯和Co3O4之間會有互補作用并且會形成固態(tài)電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物。實驗結(jié)果表明，該復(fù)合材料的最小反射損耗為-46.5 dB，在厚度為3.3，3.2 和3.1 mm時，其反射損耗小于-10 dB 的吸收帶寬分別為4.3，6.4 和2.1 GHz。

除了良好的吸波特性以外，石墨烯在研制用于艦船雷達(dá)隱身技術(shù)的防腐材料領(lǐng)域也有著巨大潛力，這是由于石墨烯穩(wěn)定的sp2雜化結(jié)構(gòu)使其能在金屬與活性介質(zhì)間形成物理阻隔層［25］。隱身材料的金屬-聚合物復(fù)合涂層易破損刮劃，從而使得隱身材料會由其損傷處加速腐蝕，而石墨烯表面有極高的強度和較低的摩擦性能，能夠有效提高復(fù)合涂層的耐磨性，進而起到保護涂層、增強耐腐蝕性的功效。

4 結(jié) 語

針對復(fù)雜海洋戰(zhàn)場環(huán)境下艦船電子信息系統(tǒng)面臨的強電磁武器攻擊的威脅，基于石墨烯材料所具有的優(yōu)良光電特性以及獨特可調(diào)諧性能，本文介紹了基于石墨烯材料的新型強電磁防護技術(shù)，綜述了石墨烯光電器件、石墨烯隱身吸波材料的研究進展，并展示了本課題組在石墨烯太赫茲調(diào)制器和石墨烯光子晶體等領(lǐng)域的研究成果。石墨烯材料在近紅外、太赫茲和微波等多頻段中，均可結(jié)合具體器件，開展強電磁防護新型技術(shù)研究，具有極高潛力和應(yīng)用價值，對于提高艦船電子信息系統(tǒng)的電磁環(huán)境適應(yīng)力、保障打贏信息化條件下的海洋戰(zhàn)爭有著重要意義。